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始终引领,再获突破 | 中冶京诚助推我国大型转炉煤气柜技术跨越式进步

发表时间:2020/8/24     阅读次数:266


 

“活塞上下运行平衡偏差小于5mm,漂移偏差小于15mm,活塞倾斜量、漂移量仅为业内现有转炉煤气柜的1/10”,这一组靓丽的数据是由中冶京诚自主研发并总承包建设的津西钢铁15m3转炉煤气柜的实际运行指标。气柜活塞漂移、旋转、倾斜等各项核心指标远远优于行业标准,运行精度、稳定性、安全性等远超同类气柜。中冶京诚再次缔造了业内少有的典范工程,助推我国转炉煤气柜技术成功实现升级换代。

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深剖顽疾,切中痛点

转炉煤气柜是冶金企业用于回收转炉高强度冶炼脱碳气体的大型设施,是企业环境保护和能源综合利用的关键设备。目前转炉冶炼产生的煤气基本都采用威金斯型干式煤气柜,俗称橡胶膜干式柜。该类型气柜具有适应储存高含尘量煤气、吞吐量大和活塞高速升降的特点。长期以来,国内转炉煤气柜一直存在运行稳定性不够、活塞漂移倾斜、测控预警手段不齐全、皮膜易损且寿命强度有限、自动调平及关键轴承故障率高、核心部件精度不高等顽固问题。近几年,随着企业冶炼装备的大型化和冶炼强度的提高,业内对气柜的建造、运行、安全性、连续性等方面提出了更高的要求。

针对上述情况,中冶京诚对转炉煤气柜技术进行了全面攻关优化。结合多年研发和实践,开发了新一代转炉煤气柜技术,使气柜各项性能全面提升,达到了行业领先水平。

始终引领,厚积薄发

多年来,中冶京诚承担了我国近200余座气柜的设计任务,缔造了诸如我国首台全国产化转炉煤气柜,国内首台最大、单体容量15m3转炉煤气柜等一座座里程碑,是我国拥有最多转炉煤气柜建造业绩和众多气柜专利技术的工程技术公司。

根据多年积累的转炉煤气柜设计建造经验,中冶京诚采用了新的理论设计计算模型、新材料和前沿监测技术以及新的精密装配方式,对气柜活塞系统、调平系统、橡胶膜密封系统、日常运行测控预警系统等进行优化改进,利用机器视觉和大数据系统开发了活塞运行智能监控及综合诊断系统,核心部件采用分区分散同步安装模式,关键部件模块化设计,将设计、制作、安装组成一个有机的整体,克服了以往转炉煤气柜的技术瓶颈。高精度的设计和建造确保了运行的高稳定性、高可靠性。新一代转炉煤气柜技术具有以下创新点:

活塞系统优化

通过空间三维建模(见图1~5),采用MSC.Patran 2008MSC.Nastran 2008等有限元受力分析软件,对原有活塞结构进行优化,开发了多层平台组合架结构的活塞系统,使活塞既具备了足够的强度,又具有了良好的稳定性;在保障活塞结构强度的同时,降低了活塞整体重量,实现气柜低压运行。

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新型结构的橡胶膜

转炉煤气柜的主要密封部件是橡胶膜。橡胶膜与活塞波纹板及气柜侧板能否紧密贴合,保障密封橡胶膜不起皱,不打褶,是确保气柜安全运行的关键。

中冶京诚通过对橡胶模在气柜升降过程中的运行状态进行研究,开发了一种最佳的橡胶膜结构型式并获得多项专利,其结构示意见图6。该橡胶膜为圆筒型,其包括橡胶内层、橡胶外层和胶布层,胶布层是由两层帘子线胶布按45°交叉粘合或者帘子线按45°交叉编织而成,接触大气和接触煤气面均采用腈基丁二烯橡胶即丁腈橡胶(简称NBR),橡胶内层的表面具有压纹,橡胶外层的表面光滑,同时外敷特殊润滑材料,减少摩擦力。本橡胶膜具有足够的柔韧性和延展性以适应活塞结构,极大缓解活塞漂移问题,保障了气柜安全运行。

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图6  橡胶膜结构型式示意图


      活塞运行智能监测及综合诊断技术

转炉煤气柜极易发生事故的原因是由于活塞的倾斜、漂移或旋转过量,造成橡胶膜挤压、剐蹭破裂而发生气体大量泄漏,引起活塞坠落事件。

2014年,中冶京诚开发了激光活塞漂移测量装置和机器视觉测量活塞扭转量技术,信号采集采用485和以太网通讯模式,数据传输精度高,通讯稳定,实现气柜高度、倾斜、漂移、扭转的集中动态监测,使得操作人员能实时掌握活塞运行状态。根据采集数据立体建模,实时三维动态画面模拟显示气柜状态,根据工艺参数动态建模和大数据系统,对气柜的日常运行轨迹和运动趋势做出提前异常分析预警和自动保护,实现了活塞运行的智能监测及综合诊断,为活塞系统的安全运行提供了可靠保障,相关技术示意见图7、图8

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图7 激光漂移测控系统


 

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机器视觉测量活塞扭转示意图

 

 

新型调平装置

中冶京诚开发的新型调平装置取得了多项专利,正多边形的调平点位布置方式保证了活塞在各个吊点的受力均衡,同时每个配重所连接的两个吊点的连线均通过活塞中心,可对活塞倾斜自动矫正,有效解决了活塞系统桁架过高、易倾斜的技术难题,极大的减少了活塞倾斜量。

调平装置的导向轮采用新型轴承结构,实现了导向轮一定范围内的可调性,解决了窜轴问题,减少故障点,保障了调平装置安全运行。

核心部件的精密装配方式

核心部件关键尺寸的安装测量和设备制作紧密关联,减小关键部件制造误差和钢结构制作安装的误差,将设计、制作、安装组成一个有机的整体,极大的提高了安装精度,保障了活塞的平稳运行。

首创告捷,前景广阔

日前,中冶京诚自主研发的新一代转炉煤气柜在津西钢铁得到了成功应用。15万m3转炉煤气柜的各项关键运行指标非常优异,在运行精度、稳定性、安全性等方面远超以往同类型气柜,为业内打造了新标杆。

 

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9  煤气柜实际运行画面

 

中冶京诚开发的新一代转炉煤气柜技术,从设计到建造不断进行技术提升,使气柜先天具备了极高的运行精度和稳定性,又通过活塞运行智能监测及综合诊断系统为气柜后天安全运行保驾护航,从而实现了气柜全生命周期的安全生产。

新的技术实现了国内转炉煤气柜跨越式的技术进步,标志着我国转炉煤气柜技术成功实现升级换代,也进一步巩固了中冶京诚在业内始终引领的地位。日前,中冶京诚已承接了多项转炉煤气柜工程,不久的将来新一代转炉煤气柜技术将在神州钢厂遍地开花。它必将促进我国冶金燃气领域取得更大的社会效益和经济效益。