鋼鐵冶煉蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)活塞式減壓閥優(yōu)化改造方案

【資料簡介】

鋼鐵冶煉蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)活塞式減壓閥優(yōu)化改造方案

蒸汽在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用。以鋼鐵企業(yè)為例,蒸汽是企業(yè)生產(chǎn)所使用的主要能源介質(zhì)之一,同時也是生產(chǎn)的副產(chǎn)品,其主要作用是供熱及提供動力。蒸汽系統(tǒng)一般由發(fā)生裝置(如鍋爐等)、蒸汽輸送系統(tǒng)(包括管網(wǎng)及閥門)、蒸汽使用系統(tǒng)(包括換熱器及汽輪機等)組成。閥門作為蒸汽系統(tǒng)中調(diào)控裝置,在整個蒸汽系統(tǒng)中有非常重要的作用。

蒸汽系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大,節(jié)能的途徑也很多,本文主要從先導(dǎo)式減壓閥應(yīng)用的角度談起。余熱、余能發(fā)電是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的必由之路，也是鋼鐵企業(yè)降耗增效和開展節(jié)能減排的有效措施。利用無線通訊終端和自動化技術(shù)，實現(xiàn)鋼廠低壓蒸汽的全工況自動調(diào)節(jié)發(fā)電技術(shù)，將無線通訊技術(shù)融入工廠的DCS系統(tǒng)中，

在蒸汽系統(tǒng)中,先導(dǎo)式減壓閥是采用控制閥體內(nèi)的啟閉件的開度來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量,將介質(zhì)的壓力降低,同時借助閥后壓力的作用調(diào)節(jié)啟閉件的開度,使閥后壓力保持在一定范圍內(nèi),在進口壓力不斷變化的情況下,保持出口壓力在設(shè)定的范圍內(nèi),保護其后的生活生產(chǎn)器具的一種裝置。

鋼鐵冶煉蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)活塞式減壓閥優(yōu)化改造方案

本文通過某鋼鐵企業(yè)厚板廠蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)式減壓閥并聯(lián)閥站的具體應(yīng)用案例,從節(jié)能和設(shè)備安全的角度出發(fā),進行了系統(tǒng)設(shè)計。實際效果表明,達到了預(yù)期的目的。由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成。導(dǎo)閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調(diào)節(jié)彈簧等零件組成。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)彈簧壓力設(shè)定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過導(dǎo)閥啟閉驅(qū)動活塞調(diào)節(jié)主閥節(jié)流部位過流面積的大小，實現(xiàn)減壓穩(wěn)壓功能。

此類減壓閥在普通減壓閥基礎(chǔ)上做了以下改進，加大了活塞面積，改變了節(jié)流結(jié)構(gòu)，改變了密封形式，改進了導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)彈簧形式，從而從以下幾方面提高了產(chǎn)品的性能。

1、提高了對出口壓力變化的傳感效能，提高了靈敏度，大大降低了因上游壓力變化，流量變化等因素引起的壓力偏差。

2、改善了流線分布，降低了噪聲。

3、改進了密封面結(jié)構(gòu)，延長了密封面壽命。

鋼鐵冶煉蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)活塞式減壓閥優(yōu)化改造方案的工作原理

先導(dǎo)式減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖見圖1,通過閥門下游管線的反饋管反饋壓力的變化情況,反饋管的壓力變化直接作用于先導(dǎo)閥的膜片下。鋼鐵冶金行業(yè)具有大規(guī)模,長流程,高能耗的生產(chǎn)特點.現(xiàn)階段節(jié)約資源和環(huán)境保護成為我國的基本國策.在大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)里,蒸汽系統(tǒng)是具有大慣性,大時滯,非線性,變參數(shù),多變量耦合等特點的復(fù)雜對象,在如此復(fù)雜運行狀況下,管理人員還是基本采用粗放調(diào)度管理方式,依靠多年來的生產(chǎn)運行所積累下的經(jīng)驗指揮系統(tǒng)運行,從而難以避免發(fā)生放空,降質(zhì)使用等情況,造成浪費.因而需要對鋼鐵企業(yè)蒸汽管網(wǎng)進行優(yōu)化研究,提高管網(wǎng)運行效率,保障管網(wǎng)運行安全.本論文首先對鋼鐵企業(yè)蒸汽管網(wǎng)進行了充分的分析和調(diào)研,基于工程熱力學(xué),傳熱學(xué),流體力學(xué)等理論,對蒸汽管網(wǎng)進行水力熱力方程計算,并對管網(wǎng)參數(shù)進行辨識,提高耦合計算方程精度,考慮方程求解收斂速度以及滿足工程實際需要,將方程平均計算精度控制在3%左右.

以某鋼鐵企業(yè)厚板廠蒸汽系統(tǒng)為例:蒸汽用戶主要有浴室、磨輥間、檢化驗室等,蒸汽由公輔總管DN150供給,減壓前蒸汽壓力為1.0-1.6MPa,減壓后蒸汽壓力為0.37-0.45MPa,蒸汽用量變化為1t/h-39t/h。原有活塞式減壓閥在蒸汽用量較小得時間段內(nèi)(非洗浴期間),開度過小,氣蝕嚴重,損壞頻繁。同時由于活塞式減壓閥密封性不好,當(dāng)蒸汽用戶不再使用時,無法實現(xiàn)靜態(tài)減壓,導(dǎo)致閥后壓力持續(xù)上升,安全閥頻繁放散,造成能源浪費,據(jù)粗略估算,年蒸汽放散約9000t。

為解決這一問題,經(jīng)設(shè)計選型采用華申·馬克丹尼公司的先導(dǎo)式減壓閥并聯(lián)閥站代替原有的活塞式減壓閥。改造后蒸汽系統(tǒng)壓力,流量穩(wěn)定,消除了蒸汽的放散,保證蒸汽的正常供給及使用。根據(jù)蒸汽使用過程中負荷變化大的情況,分兩路進行減壓。先導(dǎo)式減壓閥并聯(lián)閥站由主減壓閥、輔減壓閥、安全閥、疏水閥、過濾器、截止閥、壓力表及管道組成。

當(dāng)減壓閥后壓力低于主減壓閥設(shè)定值時0.37MPa時,主、輔減壓閥同時工作;當(dāng)減壓閥后壓力低于輔減壓閥設(shè)定值0.45MPa而高于主減壓閥設(shè)定值時0.37MPa,僅輔減壓閥進行工作;當(dāng)減壓閥后壓力高于輔減壓閥設(shè)定值0.45MPa,主、輔減壓閥都不工作,維持閥后壓力在輔減壓閥設(shè)定值。

實際生產(chǎn)中,當(dāng)非洗浴期間,蒸汽用量小,通過輔減壓閥進行減壓供汽。當(dāng)洗浴期間,蒸汽用量增大,輔減壓閥供汽量不足,壓力降至主減壓閥設(shè)定值以下時,主、輔減壓閥同時工作進行供汽。

由于先導(dǎo)式減壓閥調(diào)節(jié)精度高,可達到0.01MPa,使得主、輔減壓閥并聯(lián)工作成為可能。同時在不同蒸汽用量時采用不同減壓閥進行減壓的工作方式,穩(wěn)定了減壓后蒸汽的流量與壓力,避免了原有狀態(tài)下,活塞式減壓閥開度過小而造成的汽蝕及損壞。

對于此節(jié)能改造項目,原有活塞式減壓閥使用過程中,因不能適應(yīng)用氣負荷的變化,一年內(nèi)3次更新減壓閥,2次在線修理均無效果,安全閥頻繁動作,造成能源浪費,環(huán)境噪音大大超標。

鋼鐵冶煉蒸汽系統(tǒng)先導(dǎo)活塞式減壓閥優(yōu)化改造方案主要技術(shù)參數(shù)和性能指標

公稱壓力(Mpa)	1.0	1.6
殼體試驗壓力(Mpa)*	1.5	2.4
密封試驗壓力(Mpa)	1.0	1.6
進口壓力(Mpa)	1.0	1.6
出口壓力范圍(Mpa)	0.04-0.6	0.04-1.0
最小壓差(Mpa)	0.05	0.07

*：殼體試驗不包括膜片、頂蓋

 

三、主要零件材料

零件名稱	零件材料
閥體 閥蓋 底蓋	WCB或者不銹鋼
閥座 閥瓣	2Cr13
缸套 活塞	鋁鐵青銅
膜片	PH15-7Mo
活塞環(huán)	對位聚苯
導(dǎo)閥座 導(dǎo)閥瓣	2Cr13
主閥彈簧	50CrVA
導(dǎo)調(diào)主彈簧	50CrVA
調(diào)節(jié)彈簧	60Si2Mn

 

四、先導(dǎo)活塞式減壓閥流量系數(shù)(Cv)

DN	15	20	25	32	40	50	65	80
Cv	1	2.5	4	6.5	9	16	25	36

 實施改造后至今已1年有余,先導(dǎo)式減壓閥并聯(lián)閥站使用狀態(tài)良好,供氣壓力穩(wěn)定,無放散現(xiàn)象發(fā)生。年節(jié)約蒸汽折合標煤950t,。實踐表明,該節(jié)能措施有效。某鋼鐵公司在設(shè)計之初由于其各生產(chǎn)廠部布置的分散，導(dǎo)致在蒸汽的生產(chǎn)和利用中，地域布置相對分散，形成了遠距離、空間交錯的低壓蒸汽管網(wǎng)。為了解決鋼鐵公司低壓蒸汽管網(wǎng)中控制遲緩、容易造成蒸汽放散的缺點，對OG蒸汽回收進行無線改造。

順時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘，壓縮調(diào)節(jié)彈簧，彈簧彈性變形后，推動膜片先下動作，同時導(dǎo)閥芯向下動作，導(dǎo)閥芯開啟，（介質(zhì)通過主閥體內(nèi)導(dǎo)流孔，到達導(dǎo)閥芯位置等候多時了）。介質(zhì)通過導(dǎo)閥芯，導(dǎo)閥座密封面后，經(jīng)過導(dǎo)閥內(nèi)導(dǎo)流孔到達主閥活塞上方。推動活塞向下動作，帶動主閥芯開啟，介質(zhì)從主閥芯和主閥座間流過，到達閥門出口處，閥后壓力開始上升。

應(yīng)用實踐證明,先導(dǎo)式減壓閥并聯(lián)閥站在蒸汽負荷波動較大的場合有很好的適應(yīng)性。為蒸汽負荷波動較大場合下的蒸汽減壓設(shè)計提供了新的思路。設(shè)備運行穩(wěn)定,安全可靠,頗有推廣使用價值。繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘，閥后壓力持續(xù)上升。到達設(shè)定壓力值后，停止轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘，并鎖緊它。閥后壓力經(jīng)過主閥體內(nèi)反饋導(dǎo)流孔到達導(dǎo)閥膜片下方，作用在膜片下方的壓力和調(diào)節(jié)彈簧作用在膜片上方的力達到平衡。導(dǎo)閥芯保持一定開度，主閥芯也保持一定開度。進出口壓力維持在平衡狀態(tài)。