高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析及处理

高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析及处理

王宁

陕西龙门钢铁有限责任公司  陕西 韩城  715405

摘要：高炉煤气放散是高炉炼铁生产中的一道重要工序，每次开停炉、检修状态、事故休风状态、布料均压时都应执行此工序。放散工序通过放散阀完成，但煤气中往往含有直径较大的颗粒和相对坚硬的颗粒物，因此放散阀常损坏。基于此，本文重点论述了高炉煤气放散阀煤气泄漏原因及处理对策。

关键词：高炉煤气；放散阀；煤气泄漏；原因；处理对策

为确保高炉煤气放散阀安全、稳定、环保运行，对该阀的使用进行深入分析，找出煤气泄漏的原因，并提出切实可行的处理对策，避免煤气泄漏，消除潜在设备隐患，提高企业经济效益，对同类企业具有一定参考价值。

一、高炉煤气放散阀结构及工作原理

由于外开式垂直放散阀门结构设计合理，可避免煤气流的冲刷，并能达到延长其使用寿命的目的，因此在国内大型高炉中得到广泛应用。这种结构的高炉煤气放散阀由阀盖、阀体、摆动桶、连杆等机构组成，结构简单，操作方便灵活。阀盖、阀体、摆动桶为铸钢件，连杆由优质低碳钢制成。摆动桶内叠加安装若干片蝶簧，通过调节顶部螺母来控制弹簧压缩量，从而控制阀门压力。阀盖及阀体的密封面堆焊合金材料和硬质合金层，有利于耐高温和耐磨性。阀门密封面采用锥形球面线接触形式，以此提高密封性能和使用寿命。

阀门的正常打开和关闭由液压油缸实现，油缸工作时，带动曲柄转动，弹簧仓转动，带动连杆与转臂转动，从而打开阀门。由于采用了铰链式五连杆机构，确保了阀门的运动轨迹。当阀门安全放散时，油缸不动作，但当炉内压力上升到超过阀门密封比压时，阀板带动转臂压缩弹簧仓的弹簧，使阀盖微量开启，从而达到放散减压目的。

二、煤气放散阀密封形式

常见的煤气放散阀有垂直开启式、外开式、内开式等多种，其中，垂直开启式炉顶煤气放散阀是最常见形式。开启时，其阀盖不易受煤气流的冲刷，目前采用的煤气放散阀大多由阀盖、阀座、阀体、杠杆等组成。放散煤气时，通过卷扬(或液压)装置驱动杠杆，将阀盖打开。由于阀盖的对中会受到高温辐射影响，密封处易受煤气灰冲刷，造成磨损和破坏，因此在设计中尤其要重视密封的方式，保证良好的密封性能。

常见煤气放散阀密封形式包括：①刚性金属密封。即在阀盖与阀体接触面上堆焊硬质合金层。虽然堆焊硬质合金硬度高，耐磨性好，但堆焊在高温下进行加工困难，且当阀盖与阀体间出现缝隙，带有压力含尘煤气由缝隙高速通过，致使缝隙越来越大，密封口损坏时，修补困难。②软硬两道密封。即在阀盖与阀体接触面上，堆焊硬质合金层的同时，还在水平结合面上安设石棉填料层或硅橡胶圈的平面密封。此种密封较单纯硬密封效果好些，但结构较复杂，加工相对困难。③软密封。

三、煤气放散阀主要危险有害因素

1、中毒。a.操作放散阀、更换、检修时，由于误操作可能引起煤气泄漏，如防护措施不到位，可能发生中毒事故。b.放散阀由于老化、腐蚀等原因，可能发生泄漏，一旦人员靠近该区域，可能发生中毒事故。

2、火灾、爆炸。在以上各种煤气泄漏情况下，如煤气浓度达到爆炸极限范围，并遇到火星、火源，可能发生煤气爆炸，并引起火灾。

3、高空坠落。煤气放散阀更换时，涉及高空作业，可能发生高空坠落事故。

四、高炉煤气放散阀煤气泄漏原因

1、阀盖与阀座圆周方向接触不同步。当高炉每次启停炉、检修状态、事故休风状态、正态布料均压状态下开启煤气放散阀时，由于煤气垂直向上放散，一些灰尘颗粒不可避免地落在水平布置的阀座上，导致阀座表面积灰。当放散阀关闭时，阀盖边缘连杆中心半径距离不同，导致阀盖和阀座圆周方向不能同时接触，与连杆中心距离较小的点接触较早，致使阀盖在关闭时不同步，导致阀盖和阀座不紧密配合。较早接触的部位阀盖和阀座之间易夹住灰尘颗粒，受灰尘颗粒的支撑，导致配合不严，半径距离较小的一侧较早吹损，导致高炉煤放散阀煤气泄漏。同时，接触较迟一面的放散面积减小，夹带灰尘颗粒的煤气流速加快，冲击力增加，过度冲击而吹损，导致高炉煤气放散阀泄漏。

2、高炉工艺不合理。高炉炉顶煤气放散阀用于高炉的开停炉、检修状态、事故休风状态和正态布料均压，将炉中的压力泄压，为确保高炉放散状态的安全性，每次放散时都会向高炉内注入大量蒸汽，用大量蒸汽将炉内煤气通过煤气放散阀放散。此时，由于高炉炉顶煤气放散阀温度较高，当含有大量蒸汽和灰尘的煤气通过放散阀时，煤气中的灰尘会积聚在放散阀阀座位置，灰尘会在高温下硬化，越积越多越大，会导致阀座密封面凸凹不平，致使放散阀关闭过程中阀盖与阀座配合面出现问题。由于存在硬质致使放散，密封面无法有效密封，致使密封不严，导致高炉煤气放散阀泄漏。

3、阀盖密封结构不合理。阀盖设计为双重密封，即阀盖和阀座之间的接触面具有软、硬密封，虽然设计理念较理想，但并不适合现场的实际工作环境。放散阀的软密封安装在阀座外部，为硅橡胶密封圈，易于更换。然而，硬密封是在阀盖和阀座之间接触面上堆焊硬质合金，密封面为球形和锥面接触，由于阀门关闭时的对中性差，使阀盖和阀座内圈之间的硬密封一侧过早接触，另一侧无法有效接触，此时阀盖处于“张嘴”状态，使阀盖和阀座无法有效密封，导致泄漏。

五、高炉煤气放散阀煤气泄漏处理对策

1、合理准确地调整阀盖位置。从阀盖结构来看，只要合理准确地调整阀盖位置，确保阀盖在关闭时不会偏心，使阀盖和阀座密封良好，这种泄漏就可解决。①由于放散阀门密封方式对阀盖的对中性要求较高，若出现变形，阀盖无法具有良好的对中性，导致放散阀泄漏，因此增加三只型号为M20×60的调节螺栓，将螺栓强度提高一个等级。②制作并安装三个挡块，三个挡块的安装焊接位置与调节螺栓位置基本一致，挡块侧面与阀盖凸台之间的距离适当，现场距离调整为5mm，以避免阀盖关闭时阀盖出现偏心现象。

2、合理调整高炉生产工艺。在高炉每次开停炉、检修状态、事故休风状态、正常布料均压时，需开启放散阀之前，高炉炉内和炉顶需通蒸汽，大量蒸汽用于排放炉内煤气，造成煤气泄漏。为解决工艺不合理问题，改变置换气体介质，经安全性、经济性、稳定性综合分析，选择氮气作为置换蒸汽的气体介质。使用氮气放散炉内煤气的效果相当明显，不仅使放散阀等管道清洁干净，还解决了高炉炉顶煤气放散阀积灰泄漏问题。

3、改进放散阀密封结构。高炉正常生产时，炉内正常压力约为0.24MPa，外圈硅橡胶软密封足以满足现场生产需要，所以将内圈堆焊硬质合金在车床车20mm，车床车削方向为阀盖密封轴向，转动内圈后，将内圈堆焊硬质合金密封车削后如图1所示。改造后，当阀盖关闭时，阀盖的受力部位发生了改变，阀盖的受力部位从原来的两部分(即硬、软密封)变为软密封部位的单一受力。一方面，硬密封部位朝阀盖轴向车削了20mm，这样硬质合金密封不会接触阀座，避免阀盖关闭时出现偏心不对中现象。另一方面，在改变阀盖的施力部位后，由于阀盖上的所有压力都施压在硅橡胶密封件上，硅橡胶密封的压缩量变得更大。为避免硅橡胶密封过度变形导致阀盖的不对中，在硅橡胶密封底部安装10mm厚纸板。当阀盖施力时，10mm纸板的作用能解决上述问题，也使放散阀密封良好。经上述改造后，阀盖的密封性能大幅提高，避免了放散阀的泄漏。

图1  改造后阀盖示意图

1-阀盖装配；2-橡胶密封；3-阀座装配

综上所述，由于高炉每次开炉、停炉、检修及事故状态休风前，均需减压操作，对含尘煤气进行放散。煤气放散需通过煤气放散阀来完成，为了安全，煤气放散阀设置在煤气上升管顶端、除尘器上圆锥体处及遮断阀圆筒的顶端等处。煤气放散阀是高炉休风作业的必备设备，是炉顶关键设备之一，其性能好坏直接影响高炉的生产。

参考文献：

[1]冯池.高炉新型煤气放散阀结构设计及受力分析[J].钢铁技术，2016(04).

[2]刘永刚.高炉煤气放散阀煤气泄漏问题探讨[J].冶金设备，2016(08).