威金斯型干式煤气柜安装缺陷的整改

日期：10-08 点击：474 属于：最新动态

威金斯型干式煤气柜——即橡胶布帘密封转炉煤气柜——属于炼钢系统辅助设备系统，是转炉煤气回收的重要设备，具有储存、稳压、混合的作用，随着近几年钢铁工业的快速发展，大型转炉的普遍应用及能源短缺，冶金企业对冶炼过程中副产煤气的综合利用越来越重视，因此大型转炉煤气柜得以广泛应用，特别是在煤气回收综合利用中，煤气柜更是不可缺少的关键设施。广钢转炉煤气回收利用系统设备安装于2005年7月基本完成设备安装。迟迟无法投入运行，主要由于转炉煤气柜安装存在的缺陷，影响煤气柜安全、可靠运行。

1 转炉煤气柜安装存在的主要缺陷

转炉煤气柜由柜体和活塞及密封机构、柜体附属设施组成。如下图1。

威金斯型干式气柜的构造

煤气柜安装缺陷在柜体钢结构尤为突出

煤气柜柜体由侧板、立柱、柜底、柜顶组成。气柜安装缺陷在柜体体现尤为突出，按照设计验收规范，18根立柱的径向垂直度和切向垂直度没有一根达到设计规范，圆周方向垂直度

偏差最大为202 mm，远远超设计规范的±25 mm，半径方向垂直度最大为117 mm，远远超设计规范的±35 mm，立柱不规则倾斜造成煤气柜柜体整体向东北斜。立柱与柜壁加强圈的节点未按图安装，主要表现为，搭接尺寸没有按图纸要求控制，使柜壁与立柱间距离波动较大，搭接面构件变形严重，加强圈伸缩口错位，焊缝质量外观检查达不到设计要求，特别是立柱接口等重要焊缝达不到Ⅱ级焊缝质量要求。

密封结构安装缺陷

密封结构主要由内、外两圈密封橡胶布帘组成。内圈橡胶布帘的一端固定在活塞挡板外侧的下部，另一端固定在T—档板内侧的下部。外圈橡胶布帘的一端固定在T—档板外侧的下部，另一端固定在侧板内壁上。安装主要缺陷：固定布帘的活塞挡板外侧的下部、T—档板内侧的下部、侧板内壁的型钢部件制作、安装的几何尺寸偏差较大，具体表现为固定于活塞挡板外侧的下部、T—档板内、外侧的下部、侧板内壁的圆形型钢圈椭圆度、水平度超出设计要求，固定布帘的螺栓孔中心孔距的偏差、累积误差、上下螺栓孔中心偏差大部分超出设计要求。缺陷对密封机构的影响，造成橡胶布帘在运行过程中大量出现皱褶、扭曲，严重影响橡胶布帘的使用寿命。

柜体附属设施安装缺陷

柜体附属设施由活塞调平装置、煤气放散装置等组成。

活塞调平装置安装缺陷

活塞调平装置是保证活塞在快速上、下运行是始终保持水平的装置.

转炉煤气柜共有四组活塞调平装置，均布在柜顶上。每组调平装置都从活塞直径的两端引出两根钢绳，通过滑轮连接在柜外的同一配重块上。当活塞倾斜时，一根钢绳紧，一根钢绳松，受拉的一根钢绳会给活塞施以反向拉力，使活塞恢复水平，四组调平装置能使活塞任何方向的倾斜均能自动地恢复水平。存在的主要缺陷为调平钢丝绳垂直度偏差较大，最大值达到120 mm，远远超出设计规范；钢丝绳调整花兰安装位置错误、调平钢丝绳受力严重不均。活塞调平装置安装质量差的后果为活塞运行不平稳，具体表现为，活塞运行水平倾斜超标，严重时，活塞与柜壁摩擦，甚至活塞将柜壁撞裂，造成重大的设备事故；活塞运行存在旋转，造成橡胶布帘与柜壁和T—挡板摩擦，橡胶布帘只有厚3 mm，反复摩擦，布帘变薄，乃至穿孔，造成煤气泄漏，不得不停产检修。

煤气放散装置安装缺陷

当气柜的柜容超出额定贮气量时，沿柜均布的四根煤气放散管打开放散煤气，活塞便不会继续往上升，是气柜的运行安全保护装置。存在的主要缺陷：四根放散管的顶开装置不能同步使放散管放散阀同步打开；放散阀开启的行程达不到设计要求；放散阀零泄露无法达到。

放散阀不能同步打开的后果，当煤气回收PLC控制系统失灵，当气柜的柜容超出额定贮气量时，转炉煤气处于正常回收，放散阀不能同步打开或开启的行程不够时，造成活塞冲顶，橡胶布帘撕裂，密封系统破坏，转炉煤气大量泄漏，继而活塞快速下降，产生火花，造成重大火灾和爆炸、中毒灾难性事故。

放散阀不能够确保零泄露，对煤气柜顶和活塞的日常检修和维护的人员的人身安全造成危害。

威金斯型干式煤气柜活塞顶升调试过程存在的缺陷

(1)内、外圈橡胶布帘在活塞上升、下降过程中扭曲严重，直接影响橡胶布帘的使用寿命。

(2)内、外圈橡胶布帘在活塞、T—挡板上升离限位1.2 m左右发出较大的爆鸣声，对活塞平稳运行影响较大。

(3)活塞在上升、下降过程中产生扭转，扭转位移达100 mm，活塞扭转使内圈橡胶布帘与T—挡板的挡板摩擦，外圈橡胶布帘与气柜内壁摩擦，影响橡胶布帘的使用寿命。

(4)活塞在上升、下降过程中活塞的水平倾斜超出设计规范，证明活塞运行不平稳。

(5)T—挡板在离开架台瞬间，T—挡板存在水平位移，T—挡架在着陆架台瞬间，感觉T—挡板震动较大、不平稳且明显感觉有撞击的声音，证明T—挡板在离开或着陆架台瞬间，不是平面离开或着陆，造成活塞瞬间漂移，影响活塞平稳运行。

(6)活塞挡板上升推动T—挡板上升过程中，活塞挡板走台上的36个撞块与T—挡板36个挡块接触不同步，致使活塞挡板推动T—挡板上升瞬间出现水平漂移，活塞与T—挡板下降至T—挡架着陆于T—挡板的架台瞬间时，由于T—挡板水平倾斜，致使T—挡板着陆架台上是局部先着陆，使T—挡板着陆瞬间不平稳，震动较大且有较大的撞击声，也正是因T—挡板着陆的不平稳，使活塞挡板的36个顶块与T—挡板36个挡块分离不同步，致使活塞挡板在与T—挡板分离的瞬间存在水平漂移，影响活塞的平稳运行。

(7)紧急放散阀的顶开装置中固定于T—挡架上的顶座没有按图安装，以及与顶座与顶杆不同步接触，致使放散阀开启不同步，同时，放散阀顶开装置行程达不到设计的300 mm，放散阀的开度达不到设计要求，使放散阀紧急情况下发挥不了紧急排放的最大排放流量，存在极大的安全隐患。

找准煤气柜安装缺陷整改的突破口是成败的关键

柜体钢结构存在严重的安装质量问题，对气柜的运行是致命的？有整改的可能？假如是致命的，危害其安全使用，强行投入使用，发生事故将有可能是灾难性的。假如能够通过整改，投入使用，不仅能够挽回经济损失，而且能够使系统早日投产，发挥系统循环经济的效益。

为了得出符合科学的结论，进行了广泛的论证。

请专家会诊

请该煤气柜的设计者，亨受国务院专家特殊津贴，在国内是数一数二的钢结构专家姜德进到现场指导。专家指出：

(1)该气柜是对原有的图纸、技术消化吸收进行改良设计，钢材重量比国内其它设计院同类型的威金斯干式气柜节约几百吨。

(2)该气柜安装工艺选择在国内独树一帜，比较有新意。但经验和技术力量、装备水平还不具备该安装工艺应有的条件，以至于气柜的安装质量难以保障。

(3)该气柜属壳体结构，立柱不是主要的受力构件。

(4)该气柜钢结构设计安全系数取2，存在的缺陷对结构的安全性不构成威胁。专家意见，该气柜柜体安装质量存在的缺陷对气柜的安全使用不存在威胁，加固整改后可以投入使用。

组织广钢的专业人员，开展广泛深入地探讨，多数观点认为

(1)该气柜的结构属壳体网状结构，主要受力在气柜的柜壁，不在气柜的立柱上。

(2)钢结构设计的安全设计系数一般取值较大，气柜柜体安装质量存在的问题所造成的缺陷对气柜的安全使用不会造成威胁。

(3)该气柜是靠橡胶布帘密封机构密封，活塞在柜体内运行与柜壁有370 mm左右的间隙，所以，气柜柜体结构安装精度偏差对活塞的安全运行影响不大。

(4) 该气柜柜体结构贮存的气体压力较低，只有350 mmH2O柱，柜体结构承受的重量主要是柜体本身的重量。探讨结果，鉴于威金斯转炉煤气柜结构上的特点，结构安装质量问题只要对结构安全性影响不大，对气柜的日常运行影响不大。

派调研组赴同行兄弟厂调研，吸取同行的经验，同行的经验

(1)密封机构是威金斯干式煤气柜的核心，橡胶布帘安装的好坏是影响气柜的密封性能的关键，也是影响气柜使用寿命周期的关键点，调平装置安装是否符合要求对气柜活塞平稳运行至关重要。

(2)国内同类型气柜的安装企业负责人认为，威金斯干式煤气柜与曼型干式煤气柜的密封装置完全不同，决定了两气柜对结构的安装精度要求完全不同，威金斯干式煤气柜靠固定于柜壁内侧和活塞底部外侧的橡胶布帘来密封，柜壁与活塞之间有370 mm间歇，结构的安装精度对活塞的上下运动影响不大，只要结构不存在致命的安全性问题，重点对影响气柜安全运行的活塞、密封机构、调平装置、附属设施进行整改，结构存在重大缺陷进行加固整改，整改难度较少，把握性大，整改费用低，整改周期短。综上所述观点，鉴于威金斯干式气柜密封装置的特点，

结构安装缺陷对结构安全性影响不大，重点对影响气柜安全运行的活塞、密封机构、调平装置、附属设施进行整改，结构存在重大缺陷进行加固整改，能够保证气柜正常运行。

活塞、密封机构、附属设施缺陷影响气柜安全运行的分析和对策

气柜活塞运行的工作概况

活塞由活塞底板和T—挡板两部分组成，活塞底板外围的环形挡板（俗称活塞挡板）承受内圈橡胶布帘传来的压力，活塞底板的环状砼坝放置配重块，用以调节活塞平衡。T—挡板

位于活塞挡板与气柜侧板之间，T—挡板的内外侧的底部分别与内外圈橡胶布帘相连，当储存的煤气的容量为零时， T—挡板着落于与活塞挡板高度差不多的环形架台上，当煤气从侧板下部入口送入柜内达到一定压力值之后，活塞挡板首先上升，然后带动T—挡板一同升起。由活塞、柜底板和内、外圈密封橡胶布帘组成一个贮存空间，回收煤气时，煤气进入煤气柜使活塞上升，供气时，由活塞重量将柜内煤气压入出口管道，随着煤气的送出，活塞下降。保证活塞在快速上、下时始终保持水平是均布柜顶的四组活塞调平装置。

气柜底板的不平度对气柜活塞运行的影响分析和对策

从检测数据分析，活塞静止于气柜底板上时，活塞底板水平度超标达63 mm，活塞底板着陆中心与气柜圆心移位20 mm。活塞底板水平度超标是由于气柜底板水平超标导致的。活塞在正常运行时，即使调整平衡装置使活塞基本保持水平，当活塞着陆与气柜底板时，由于气柜底板水平超标，致使活塞整个底板着陆有先有后，出现活塞着陆漂移，导致活塞底板圆心偏离气柜圆心20 mm；由于气柜底板水平度超标，活塞静止于气柜底板上时，活塞底板水平度超标达63 mm。但，气柜底板铺设在基础环形梁上，气柜底板与环形梁基础已二次灌浆，所以，气柜底板的不平度既成事实，无法整改。

活塞T—挡板安装缺陷对煤气柜运行影响分析和对策

从检测的数据可知，T—挡板上的36个挡块不平度达48 mm，活塞挡板撞块水平度达69 mm，在活塞挡板上升即将推动T—挡板升起的过程中，由于活塞挡板的撞块和T—挡板的挡块两者的水平度超标，使活塞36条柱上的相应撞块与挡块之间的距离不一致，存在着先后接触，T—挡板环形桁架产生较大的波浪状弹性变形，导致T—挡板升起瞬间出现漂移，与检测的数据T—挡板中心偏离气柜25 mm相吻合；同时，活塞的水平倾斜随之改变。活塞挡板顶着T—挡板下降，由于T—挡板环形桁架产生较大的波浪状弹性变形，使T—挡板环形底部不平，加上活塞水平存在倾斜，当T—挡板下降着陆于水平架台时，T—挡板底部局部先着陆，然后才全部着陆。故，T—挡板着陆于架台是不平稳，震动较大，撞击声音较大，并伴有漂移，与检测的数据T—挡板中心偏离气柜25 mm相吻合。

这些异常现象对T—挡板的使用寿命大打折扣，活塞的运行水平倾斜波动较大。整改方案，在活塞挡板上升至将要接近T—挡板时，先调整活塞底板的水平度，使底板的水平度符合设计要求，在此基础上，再测量相对应的活塞挡板撞块和T—挡板挡块的距离，计算相应的撞块和挡块应增加或减少的高度，以活塞挡板的撞块作为相应的要增、减的调整量，目的是使活塞板在推动T—挡板上升时，撞块与相应的挡块同步接触，最大限度地减少T—挡板环形桁架产生较大的波浪状弹性变形，使T—挡板上升或着陆于台架时，平稳着陆，消除T—挡板着陆时的漂移，保证活塞挡板和T—挡板一起运行时的平稳，活塞的水平倾斜基本稳定。

活塞调平装置安装缺陷对气柜运行影响分析和对策

从检测的数据分析，从柜顶调平装置滑轮至柜底活塞高度 43 m 内，调平钢丝绳垂直偏差较大，最大达 120 mm，并且是同方向偏差。调平装置八根调平钢丝绳分别均布于活塞的圆周上，受同方向力的作用下，使活塞螺旋上升或复位时，使橡胶布帘产生皱褶、扭曲，致使内外圈橡胶布帘分别与 T—挡板的内挡板和气柜的内壁产生摩擦，影响橡胶布帘的使用寿命。

解决的办法是，根据测量的调平钢丝绳的垂直度偏差的数据，重新布置八根调平钢丝绳在活塞上的固定点，使钢丝绳的垂直度达到设计要求，消除使活塞旋转的外力，保证橡胶布帘上升不皱褶、扭曲。消除内外圈橡胶布帘分别与 T—挡板的内挡板和气柜的内壁产生摩擦。

安装缺陷整改

活塞顶升过程中产生的异常原因找到了，对威金斯型干式煤气柜正常运行的影响也进行了分析，基本确定确定了整改项目

活塞挡板和 T—挡板加固调整

活塞挡板和 T—挡板立柱垂直度调整

借用活塞挡板和 T—挡板桁架的调整花兰螺丝边检测边紧或松花兰螺丝，使活塞挡板和 T—挡板立柱垂直度符合设计要求。

活塞挡板和 T—挡板桁架结构加强

在 T—挡板上平台下沿，加一圈 7#角钢，在活塞挡板桁架中部环梁加一圈 7#角钢，增强活塞挡板和 T—挡板桁架刚性。

活塞挡板撞块及 T—挡板水平度的调整

根据检测结果，通过调整活塞撞块的高度，使活塞挡板的撞块到 T—挡板的挡块之间的距离偏差符合相邻≤5 mm、整圈≤10 mm。

调平装置的修正

(1)在活塞支柱支撑的情况下，固定好柜外调平装置的重锤，测量每根钢丝绳的垂直度，调整垂直度的偏差为≤10 mm，尽可能让偏差方向大致相互抵消。

(2)调整调平钢丝绳的花兰螺丝，确保每根钢丝绳受力基本一致。

平衡配重块的安装

该煤气柜设计没有移动的配重块，只是在活塞底板砼坝捣制固定的混凝土，新增设 6000 kg 左右、150 块可移动配重块，调试前均布在活塞砼坝上，根据活塞调试的水平倾斜度进行调整。

自动放散机构修正

通过增加放散阀阀盖重量改善密封现状；测量自动放散顶杆到 T—挡板上走台顶座的相对位置，加固和调整顶座的高度，使顶杆能基本同时升起。

一些气柜柜体结构存在的缺陷如立柱的接口焊缝、其它钢结构焊缝根据检测报告，全面进行加固

效果

缺陷整改后达到验收要求

经过上述整改后，对活塞顶升进行快速升降试验，经过检测，内外圈布帘的皱褶、扭曲基本消除，与 T—挡板的内挡板和气柜内壁的摩擦基本消除，橡胶布帘的爆鸣声在活塞初始状态第一次顶升时依然存在，在以后的升降调试没有产生，投入正常运行也不会产生；T—挡板着陆于架台基本平稳、振动大为减少、撞击声音大为减少、漂移现象基本消除，活塞的旋转基本消除；在上升、下降过程中，活塞的整体水平偏差在≤25 mm(±13 mm)，对称水平偏差≤15 mm(±8 mm)，在设计的标准范围内；放散阀试验时基本同步打开，打开的行程达到要求；柜位记录仪能够准确反映活塞的实际位置，活塞运行基本正常。活塞调试完成后，活塞顶升至气柜柜容的上限位，进行七昼夜的气密性试验，整体泄露率为 0.215 %＜2 %，气密性试验达到设计要求；活塞运行参数达到验收要求。

近三年气柜运行的检测结果

该煤气柜 2006 年 6 月份整改、调试完成，06 年 7 月28 日正式投入使用，运行近三年，基本正常。

(1)定期检测煤气柜筒体立柱的数据，与原有立柱倾斜数据对比，没有进一步扩大。定期检测活塞的倾斜度，达到设计标准。

(2)调平装置运行正常。密封机构、放散阀零泄露，满足气柜的日常维护条件

(3)2009 年 1 月由于系统停产检修，该煤气柜退出系统进行全面检查，活塞密封装置完好，橡胶布帘基本没有磨损。活塞底板和 T—挡板的钢结构桁架没有明显变形

煤气柜安装存在严重缺陷的煤气柜经过整改，气柜的运行参数达到设计要求，基本满足 45 t 转炉煤气回收的需要，开创了煤气柜整改的先河，为国内的同行积累了宝贵的经验，也为国内同行在建造、检修煤气柜时主要把握哪些关键质量控制点，值得国内同行借鉴

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