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煤调湿换热管破损原因分析

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摘要:煤调湿干燥设备筒体一般采用蒸汽式多管回转结构,筒体内换热管受原料煤中异物砸击、原料煤磨损及腐蚀以及生产过程中频繁开停操作等影响,经常发生破损泄漏。对煤调湿换热管破损的原因进行分析,并采取了异物分离方式优化、操作优化以及定期监测预防等措施,有效解决了换热管破损。

关键词:煤调湿;换热管;破损;措施

煤调湿为滚筒型煤料干燥设备,通过筒体内蒸汽换热管与煤料间接换热,对煤料进行干燥,将煤料的水分从10%~11%降至6%~8%,以降低炼焦生产能耗。随着设备使用年限的增加,受砸击、磨损、腐蚀、疲劳和异常操作等因素的影响,筒体内蒸汽换热管经常发生破损泄漏,直接导致煤调湿设备无法正常运行。

1煤调湿换热管的布置

煤调湿工艺的主体设备为蒸汽式多管回转干燥机,负责原料煤的干燥处理。蒸汽式多管回转干燥机是一种间接加热的回转干燥机,与常规回转干燥机的差别在于筒内安装了蒸汽加热管,加热管贯穿整个干燥机,以同心圆方式排成1~6圈,共297根换热管。换热管为2507双相不锈钢管,一端通过胀焊与汽室管板连接,管板用2507不锈钢制成;另一端采用盘根压盖密封,可以进行自由热膨胀;不凝气采用软管型环管排放。

2换热管破损原因分析

2.1湿煤中异物砸击宝钢2008年投用的第一套煤调湿设备随一期6m型焦炉于2013年4月停产,累计运转52个月,期间发生干燥机换热管破损均在出料端。第二套煤调湿设备2012年投产至今,虽然在出料端内侧有2圈的换热管增设不锈钢保护套,因材质不同,受热不均匀,内侧第1圈保护套已相继脱落,部分换热管出现破损。对干燥机筒体进行开放检查,发现筒体内聚集了很多编织袋、木头等原料煤中混入的杂物,还有前道工序粉碎机锤头。由于换热管最内圈管间距较小,锤头无法顺利排出,随着筒体的旋转不断抛落,将最内圈的换热管砸瘪,甚至将换热管砸脱出汽室壁;同时部分换热管靠近汽室侧有穿孔、汽蚀变薄的情况。

2.2原料煤磨损及其化学元素腐蚀原料煤颗粒具有一定的磨琢性,且含有少量硫、氯、氟和硝等化学元素,在干燥机的转动下,运动的原料煤会对换热管造成一定磨损,使换热管减薄、泄漏。加上化学元素在干燥机内部形成具有腐蚀性的雾气,一部分随尾气抽出,一部分凝结在设备内壁及换热管管壁上,最终在杂质冲击形成的凹坑及划痕内大量聚集,对已有损伤的换热管壁造成腐蚀,导致换热管泄漏。颗粒冲刷磨损,高温材质强度下降,以及管道内蒸汽高速流动产生的推力,综合导致换热管某薄弱点无法承受高压蒸汽的冲击而爆管。对破损的换热管进行取样检测,结果显示,管道发生明显地减薄,管子外表面均存在串联成片的较大区域腐蚀凹坑,破口附近管子外表面存在腐蚀及冲刷磨损的痕迹,管破口附近冲刷腐蚀凹坑具有明显的方向性。对相关区域进行能谱分析,结果如表1所示。能谱分析四区域中S含量范围在2.63%~14.84%,大大降低了钢材自身的耐腐蚀性。在低压蒸汽环境影响下,换热管的破损概率增加。

2.3工艺及操作变化第二套煤调湿设备是配合2×55孔高7m焦炉设计的,日处理炼焦煤5654t(含水分11%),配套的干燥机处理能力为300t/h,每天有较多富余时间。近年来,因煤调湿系统及调湿煤输送沿线环保问题,煤调湿出口煤水分调整为8%±1%。同时,控制筒体余煤过分干燥带来的扬尘问题,将煤调湿系统停机作业时间提前20~30min,开启系统时先进湿煤再开蒸汽,使整个换热管温度和压力不断变化,导致换热管不断膨胀和收缩,由此产生的交变应力反复作用在焊缝区,焊缝疲劳出现裂纹。

3改进方案

3.1原料煤输送系统设除异物装置在原料煤粉碎后到进煤调湿储煤缓冲槽前的某皮带头部增设除杂物机,该机由机架、钩齿分离装置和物料导流装置等构成。钩齿分离装置将成排的高韧性耐磨钩齿镶嵌在筒状驱动轴上,导流装置设在钩齿分离装置的上部用来规整煤流。当煤流通过物料导流装置后规整成扁平状,通过钩齿分离装置时,旋转的钩齿便将煤流中的木块、石块、破布、麻绳和炮线等杂物钩出,并带到另一侧的溜管弃掉。缓冲槽增设除杂栅栏。进入干燥机的煤料均从缓冲槽底部切出,在缓冲槽顶部入槽口安装防异物铁栅栏,防止大块杂物进入缓冲槽造成堵料。

3.2除铁器形式改进原料煤输送系统采用金检及励磁除铁器结合异物分离形式,因反应灵敏度问题,无法将锤头、铁块等金属异物吸出,同时金属检测器已无位置调整。结合目前的情况,将除铁器形式改进为永磁除铁器,能够持续有效去除异物,减少硬质铁块等进入筒体。永磁除铁器主要有以下两个优点:一是永磁除铁器内部采用高剩磁的特殊永磁体“钕铁硼”,不用通电就会产生强大的磁力,去除物料中的铁磁性杂质;二是永磁除铁器适用于含铁较少连续工作的环境。

3.3开停机操作优化在高压蒸汽作用下,干燥机换热管之间的焊缝及换热管与端板的焊缝处于高温加热区,使得换热管存在径向和轴向的膨胀。在日常操作中,尽量优化开停机操作,以减少换热管由于蒸汽温度、压力的变化而不断膨胀和收缩产生的破损。(1)对于煤调湿长时间停机检修后投用(即冷态开机过程),要求现场单机操作首先打开蒸汽总阀后手动开启蒸汽小旁通约40~60min,此时干燥机系统蒸汽压力0.3~0.4MPa。待干燥机入料端不凝气排放阀微微冒出蒸汽后,逐步按3%加大调节阀阀门开度,使压力稳定在1.2~1.3MPa,耗时约120min。过程确保整个换热管预热到位,再投入原料煤进入煤调湿系统运转。(2)日常溜槽清理等短时间停机,确保在90min以内完成作业,期间保持小旁通开启状态,维持对换热管的保温,同时确保干燥机入料端不凝气排放阀微开。

3.4定期监测预防蒸汽通过汽室进入换热管,在压力和温度的双重作用下,对变薄或存在裂缝的换热管进行冲击,使得缝隙渐渐扩大,导致泄漏加剧,所以定期进行打压监测,掌握换热管的性能状态,对于生产的持续与设备管控十分重要。干燥机停止进料、切断蒸汽后,待内部物料排空且干燥机冷却到安全温度停止运行;移出给料螺旋输送机,打开出料箱检查孔,以便于通风,保证检修人员安全进入;然后拆除旋转接头,制做打压盲板,选择合适的位置装设压力表,进行水压检测(一般要求水压在0.3MPa左右),待干燥机换热管内充满水后,漏点会不断向外渗水,从而可准确确定漏点,以便及时进行封堵、更换。

4结语

换热管作为煤调湿干燥机加热系统的主要部件,工作状况直接影响到干燥机性能、产品质量及设备能否稳定运行。通过对缓冲槽条筛优化、除铁器形式优化、系统开停机操作优化以及定期对换热管的打压测试等措施,延缓筒体内换热管的腐蚀,并预防换热管破损泄漏,减少了系统故障风险,提高了设备运转率。

作者:王成玉;邓晓骏;蓝健;余国普 单位:宝钢股份有限公司炼铁厂

露天采矿技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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