鋼鐵冶煉蒸汽系統先導活塞式減壓閥優化改造方案

蒸汽在工業生產中有著重要的作用。以鋼鐵企業為例,蒸汽是企業生產所使用的主要能源介質之一,同時也是生產的副產品,其主要作用是供熱及提供動力。蒸汽系統一般由發生裝置(如鍋爐等)、蒸汽輸送系統(包括管網及閥門)、蒸汽使用系統(包括換熱器及汽輪機等)組成。閥門作為蒸汽系統中調控裝置,在整個蒸汽系統中有非常重要的作用。

蒸汽系統節能潛力巨大,節能的途徑也很多,本文主要從先導式減壓閥應用的角度談起。余熱、余能發電是鋼鐵企業實現循環經濟的必由之路，也是鋼鐵企業降耗增效和開展節能減排的有效措施。利用無線通訊終端和自動化技術，實現鋼廠低壓蒸汽的全工況自動調節發電技術，將無線通訊技術融入工廠的DCS系統中，

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

鋼鐵冶煉蒸汽系統先導活塞式減壓閥優化改造方案

本文通過某鋼鐵企業厚板廠蒸汽系統先導式減壓閥并聯閥站的具體應用案例,從節能和設備安全的角度出發,進行了系統設計。實際效果表明,達到了預期的目的。由主閥和導閥兩部分組成。主閥主要由閥座、主閥盤、活塞、彈簧等零件組成。導閥主要由閥座、閥瓣、膜片、彈簧、調節彈簧等零件組成。通過調節調節彈簧壓力設定出口壓力、利用膜片傳感出口壓力變化，通過導閥啟閉驅動活塞調節主閥節流部位過流面積的大小，實現減壓穩壓功能。

此類減壓閥在普通減壓閥基礎上做了以下改進，加大了活塞面積，改變了節流結構，改變了密封形式，改進了導閥結構和調節彈簧形式，從而從以下幾方面提高了產品的性能。

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、改進了密封面結構，延長了密封面壽命。

鋼鐵冶煉蒸汽系統先導活塞式減壓閥優化改造方案的工作原理

先導式減壓閥結構示意圖見圖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閥的膜片下。鋼鐵冶金行業具有大規模,長流程,高能耗的生產特點.現階段節約資源和環境保護成為我國的基本國策.在大型聯合鋼鐵企業里,蒸汽系統是具有大慣性,大時滯,非線性,變參數,多變量耦合等特點的復雜對象,在如此復雜運行狀況下,管理人員還是基本采用粗放調度管理方式,依靠多年來的生產運行所積累下的經驗指揮系統運行,從而難以避免發生放空,降質使用等情況,造成浪費.因而需要對鋼鐵企業蒸汽管網進行優化研究,提高管網運行效率,保障管網運行安全.本論文首先對鋼鐵企業蒸汽管網進行了充分的分析和調研,基于工程熱力學,傳熱學,流體力學等理論,對蒸汽管網進行水力熱力方程計算,并對管網參數進行辨識,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.

以某鋼鐵企業厚板廠蒸汽系統為例: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(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,當蒸汽用戶不再使用時,無法實現靜態減壓,導致閥后壓力持續上升,安全閥頻繁放散,造成能源浪費,據粗略估算,年蒸汽放散約9000t。

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

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

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

由于先導式減壓閥調節精度高,可達到0.01MPa,使得主、輔減壓閥并聯工作成為可能。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,穩定了減壓后蒸汽的流量與壓力,避免了原有狀態下,活塞式減壓閥開度過小而造成的汽蝕及損壞。

對于此節能改造項目,原有活塞式減壓閥使用過程中,因不能適應用氣負荷的變化,一年內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,環境噪音大大超標。

鋼鐵冶煉蒸汽系統先導活塞式減壓閥優化改造方案主要技術參數和性能指標

 實施改造后至今已1年有余,先導式減壓閥并聯閥站使用狀態良好,供氣壓力穩定,無放散現象發生。年節約蒸汽折合標煤950t,。實踐表明,該節能措施有效。某鋼鐵公司在設計之初由于其各生產廠部布置的分散，導致在蒸汽的生產和利用中，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。為了解決鋼鐵公司低壓蒸汽管網中控制遲緩、容易造成蒸汽放散的缺點，對OG蒸汽回收進行無線改造。

順時針轉動調節螺釘，壓縮調節彈簧，彈簧彈性變形后，推動膜片先下動作，同時導閥芯向下動作，導閥芯開啟，（介質通過主閥體內導流孔，到達導閥芯位置等候多時了）。介質通過導閥芯，導閥座密封面后，經過導閥內導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。

應用實踐證明,先導式減壓閥并聯閥站在蒸汽負荷波動較大的場合有很好的適應性。為蒸汽負荷波動較大場合下的蒸汽減壓設計提供了新的思路。設備運行穩定,安全可靠,頗有推廣使用價值。繼續順時針轉動調節螺釘，閥后壓力持續上升。到達設定壓力值后，停止轉動調節螺釘，并鎖緊它。閥后壓力經過主閥體內反饋導流孔到達導閥膜片下方，作用在膜片下方的壓力和調節彈簧作用在膜片上方的力達到平衡。導閥芯保持一定開度，主閥芯也保持一定開度。進出口壓力維持在平衡狀態。