摘要：八高炉冷却系统因在调试和验证过程中都没有将蝶阀开到应有的开度，阀门的阻损增加，导致系统的回水压力降低，供水压力相应降低。冷却系统在炉喉钢砖处的压力低于煤气压力，当炉喉钢砖破损后，煤气进入水系统，造成水污染。通过理论验证和实际调整，系统压力提高，达到了设计值，满足生产要求。

关键词：阀门开度   阻损   压力

1  前言

武钢八高炉的冷却系统为软水联合密闭循环系统，供水压力设计为0.81MPa。为了在炉役中后期增加供水量，设计时采用了使用大小不同两种叶轮的方案：在炉役初期，使用小叶轮；在中后期，使用大叶轮，电机既能满足小水量需求，也能保证水量增大时不过流。

2  系统压力提高前的基本情况

在开炉之前的功能调试时，膨胀罐不加压，水量5430 m3/h时，供水系统压力只有0.68 Mpa，即使增加N2压力0.07 Mpa，系统压力也只有0.75 Mpa，没有达到设计值，也不能满足系统安全需要。当时，工程指挥部立即组织供水厂、设计方、施工方、工程监理以及炼铁厂共同寻找原因及解决办法，却未能查明水压达不到设计值的原因。只给出了先用小水量叶轮维持生产，当需要提压时更换大水量叶轮的解决方案。

高炉投产后的运行水量为5650m3/h（膨胀罐加压0.07 Mpa）。由于水量增加，扬程有所降低，水压有所降低，各部位的供水压力见表1，高炉内部的煤气压力分布见表2。

2014年5月和7月，八高炉冷却系统相继出现冷却水中Fe含量升高的现象，其峰值达到30mg/L，远远高于水质要求Fe含量低于1 mg/L的标准。水质常规化验表明：冷却水中的缓蚀阻垢剂的浓度符合标准，应不会出现管道的异常腐蚀。PH检测为8.5，虽然高于标准，但低于日常控制值。由于PH值降低，因此在水质检验中要求增加CO32-和HCO31-的检验项，检验结果中含有浓度较高的CO32-和HCO31-等离子，表明煤气可能进入水中。并从膨胀罐的压力调节阀排出的气体中检测出CO浓度达1500ppm，充分说明煤气进入水中。膨胀罐的水位上下波动频繁，而正常情况下的水位平缓下降，这种现象从另外一个角度证明有气体不断进入水中，造成水位不规则波动。因此，种种迹象表明，（煤气中含铁，导致水中Fe含量升高，水中化验出CO32-和HCO31-离子，且排出CO，水位的异常波动都说明）高炉煤气进入了冷却系统。

对煤气进入水系统的部位进行分析判断：在高炉的下部及中部，冷却壁及蛇形管的冷却水压力均高于煤气压力0.05Mpa以上，风口小套、中套及直吹管的水压也远远高于风压，这些部位煤气不可能进入冷却系统中。那么，煤气只能从位于冷却壁的上部或者炉喉钢砖进入冷却系统。对八高炉冷却系统进行检漏确认，在作业过程中，提出不能用“掉压”来判断冷却壁或钢砖的损坏，而操作人员认为：20多年来都是用这种方法判断的，方法没有错误。使用常规方法打压检漏，没能查出损坏部位，休风后再次查水确认，炉喉钢砖损坏。处理破损钢砖后，通过水置换和增加药剂用量，将系统中冷却水成分复原。

3  应对措施

安全规范要求，各处水压必须高于煤气压力0.05Mpa，防止煤气串入水中，以确保系统及人生安全。鉴于八高炉的冷却方式是自下而上的串联冷却方式，现除高炉上部的冷却壁、炉喉钢砖及蛇形管等处水压不能满足需要之外，其它部位的水压都能满足安全要求，因此只要将水压提高到能满足高炉上部要求即可。炉顶煤气压力0.24Mpa，而冷却壁出水压只有0.19 Mpa，若要满足安全需要，水压至少提高0.24+0.05-0.19=0.1 Mpa，即冷却系统压力需提高到0.72+0.1=0.82 Mpa。

3.1向供水厂发函，要求供水厂提高供水压力

在5月查出炉喉钢砖破损，煤气进入冷却水系统后，6月3日，由炼铁厂向供水厂发去《关于提高38#水站高炉软水冷却水系统供水压力的函》，要求供水厂更换水泵叶轮，将供水压力提高到0.81 Mpa（水量6600 m3/h时）。

3.2供水厂准备更换叶轮

供水厂收到我厂的提高水压的函后，着手准备新的叶轮。但新叶轮的参数为流量3000m3/h，扬程为60m，若更换该叶轮，流量为6000m3/h时，其压力将达到0.95 Mpa（不加N2），若将水量调到设计水量5430 m3/h，其系统压力将超过1.0 Mpa，容易出现管网爆管的事故，也提高了运行成本，造成了能源浪费。

8月供水厂再次将设计院的设计人员请来，商讨解决方案。更换大叶轮，有系统爆管风险并且浪费，保持现状却不能满足生产安全需求，在进退两难的情况下，没有给出确切的方案。

3.3回水压力参数验证

首先验证其回水压力是否正确。通过我厂高炉冷却壁及炉底的供水压力（两处压力检测值相同）检验水站的出水压力正确。

回水压力加水泵扬程减去板式换热器的阻损，即为水站的出水压力，据此来验证回水压力是否正确。经验证，回水压力、供水压力检测值准确。

膨胀罐水位标高在50米左右，如果系统无异常，系统回水压力应在50米水柱左右，减去管道阻损4米水柱，其压力46米水柱（0.45 Mpa）。而实际回水表压只有0.35 Mpa（膨胀罐不加压），低于理论值0.1 Mpa。既然供回水压力检测准确，而检测值比理论值低，只能从系统自身进行分析，查找压力偏低的原因。

回水压力低于理论值，其原因是管道中的阻损增大。阻损的增大，除非管道堵塞、变径或阀门没有开到位。

回水管道为直径1m的管道，无变径，在调试前，已经清理和清扫，不可能出现堵塞。另管道上除安装了一个蝶阀外，没有其它设备。排除堵塞和变径的原因，只能怀疑阀门没有开到位。 8月，曾在设计人员、供水厂职工及我厂人员的配合下，对系统进行参数验证，要求配合人员全开脱气罐后的阀门。配合人员开阀门后，说阀门已经全开，然而系统回水压力没有变化。

虽然当时未能验证出阀门对回水压力的影响，但在回水管道中无其它因素可怀疑，仍只能怀疑阀门的开度影响了系统的压力。先从理论上验证压力低与蝶阀开度的有关（见图1）。

冷却水在密闭循环系统中，它属于不可压缩的均质流体。从点1到点2这一过程中，仅受重力作用（把阻损看作重力的一部分），它满足柏努利方程

v2/2+gz+p/ρ=c

C-为常数 ，V-水速 ，Z-该点距动力势能为零点的高度，ρ-流体密度

根据柏努利方程有：v12/2+gz1+p1/ρ= v22/2+gz2+p2/ρ

因为v1= v2，z1 z2 p1等参数均不随其它变化而变化，所以p2应不变，但p2可以看作是（p2实+Δp）。关小回水总阀时，Δp增加，所以p2实减小，与实际相符。

再根据阻损=ξρv2/2，管道中采用蝶阀时，其ξ与开度的关系见表3。

假设蝶阀由30°开到35°，水速为2m/s。

其阻损减小（118-58.8）*1000*2*2/2=114049Pa

它为我们提升系统压力提供了理论依据。

4  提升系统压力

9月，由于脱气罐前的阀门传动机构出现了问题，利用高炉定修和处理脱气罐前阀门的机会，重新对高炉的水量和系统的平衡进行调试，将膨胀罐后的回水总阀开度由32°调整到35°左右，此时水站的回水压力提高到0.45 Mpa（膨胀罐未加压），比调整前提高0.1 Mpa，经水泵加压后，系统压力达到0.75 Mpa，在膨胀罐上加压0.07Mpa供水压力达到0.82 Mpa，满足安全生产需要。将系统水量调整到5550 m3/h，再调整系统平衡，压力为0.815 Mpa。

5  效果

系统压力提高后，虽然仍出现了炉喉钢砖破损的现象，但由于钢砖的水压高于煤气压力，煤气没有进入冷却系统，冷却水没有出现Fe含量升高的现象。钢砖的检漏依然可有常规的打压方法检漏。

6  教训

反思当时验证回水压力和开炉前调试时的回水压力都没有达到应有的压力？配合人员说，当时只把阀柄开了一圈，操作不到位，而我们选择了相信人，而怀疑理论。其教训可谓深刻：当事实与理论不相符时，作为技术人员，要不畏困难，亲历亲为，直到找到影响因素，解决限制环节，还原事实本质，使理论和实践吻合，让理论指导实践，服务实践。

7  参考资料

[1] 张先棹 冶金传输原理（高等学校教育用书）[M]，北京： 冶金工业出版社 1988年10月第1版，1995年第3次印刷