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摘 要:针对钢铁热轧水枕式快冷特殊工段的用水情况,按照安全生产、节能减排、减少运行费用的要求,本文从钢铁冶金企业水枕式快冷工艺生产实际需要出发,以实际项目为例,展开介绍了该类项目中循环水系统设计所着重考虑的内容。并对一些实际问题及原因进行分析。
关键词:循环水系统 水枕式快冷 钢铁冶金企业 给水排水设计。
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0133-01
1 序言
由于钢铁冶金企业轧钢工艺中的快冷工段耗水量大,用水机制多变、不连续,且存在针对不同产品不同的水量、压力要求。如果按照最大需水量进行设计,虽然能够保证生产安全,但不经济同时也不利于产品质量控制。如果按照平均需水量进行设计,针对一些经济效益较好的特殊钢种,无法保证生产要求。近些年来一些大型钢铁企业产品更新换代较快,轧钢工艺的冷却模型也在不断更新,作为配套设施的循环水供水也必须采用节能高效的系统,适应生产需要,同时提高经济效益和环境效益。
某钢铁集团有限公司是一家大型国有企业。该公司为当地经济发展和社会稳定做出了突出贡献,已成为当地社会经济发展的生命线,他们拥有得天独厚的资源优势和生产技术优势,生产的产品享誉海内外,著名的奥运主场馆—— “鸟巢”建设所用钢板就来自于他们。
近些年,该企业针对市场需求,先是改造了原有快冷系统生产线,在改造生产线成功运转后,他们又适时引进了一套新热轧(含水枕式快冷)生产线,形成了多品种的优势产品。目前上述项目均已顺利投产,配套的一系列循环水系统设计也已经过了2年以上的实际验证,本文就该类项目设计及调试过程中的一些经验和体会说明如下。
2 水枕式快冷循环水处理主要设计方案的确定
2.1 水枕式快冷工艺特点概述
A、水枕式快冷是一种钢板的热处理工艺,同样的工艺在韩国浦项和沙钢也曾应用,水枕式快冷的冷却单元是一组组枕形水冷设备,其喷水孔在设备底部,呈梯形密集分布,目的就是要让冷却水在不同的截面上喷淋强度和面积有所差异。由于钢板过钢时间和过钢速度的不同,可形成不同的冷却效果。喷水孔的设置以及水枕设备组之间的间距等都是通过冷却模型的计算和模拟得出的。
B、为保证运行和冷却效果,水枕式冷却装置在边部设置高压侧喷系统。
C、水枕式冷却装置分为多段,其最前一组设施要求可调,针对特殊钢种冷却需要,可增加冷却水喷淋强度,即加大瞬时喷水水量和水压,以达到直接淬火效果。
2.2 水枕式快冷给排水设计要求及外部条件
水枕式冷却是一种间断运行的工艺,其运行节奏与钢板钢种、长度等有着很大关系,其瞬时用水量通常在一万立方以上,运行水压较低,水压波动要求较小。这就要求必须设置大容量的中间水箱,水箱面积大,液位波动小。通常情况下,该水箱应尽量设置在生产线附近。
由于水枕式冷却设备为间断用水且用水量有变化,供水系统中的相应泵组部分采用变频控制,与相应用水系统参数连锁。
与其他快冷不同的是水枕式快冷的喷水孔十分细小、易堵,同时水枕单元为封闭式设备,一旦堵塞不易清理,因此在各供水系统中均需设置自清洗管道过滤器控制污染物颗粒粒径。
快冷系统在热轧轧机之后,大量的铁皮和油污均在前面得到了去除,这样就减少了该循环水处理系统处理的难度,节省了处理环节。
2.3 主要供回水指标
系统最大瞬时用水量:14000m3/h;側喷高压最大用水量:800m3/h;低压系统最大用水量:12000m3/h。
2.4 水枕式快冷循环水处理站的主要设计原则及方案
2.4.1 主要设计原则和特点
设计首先要满足水枕式快冷系统的生产用水要求,同时在特殊钢种生产时,具备向第一组水枕冷却设备提供直接淬火供水的能力;系统中供回水泵组部分设计为变频控制,以适应供水机制灵活多变的要求;按照冷却模型核算回水情况,以核算结果进行配套热回水泵组、砂过滤系统和冷却系统的设计;水枕式快冷循环水系统分高、中、低压三路供水。通常情况下高压在0.90-1.10MPa,中压在0.55～0.65MPa,低压在0.12～0.20MPa。
2.4.2 主要设计方案
(1)工艺流程简述
水枕式快冷循环水虽然属于直接冷却水,但由于钢板在前期轧制和预热阶段其表面附着的铁皮和油脂已经得到了大量的去除,所以对于悬浮物去除仅采用一级石英砂过滤即可;同时由于该系统循环水为间断供水,瞬时水量很大,回水的温升也较小,在温度控制方面则采用了部分回水上塔冷却的模式。
水枕式快冷高低压段回水经快冷设备下回水渣沟排入快冷热水池,热水经提升后进入高速过滤单元,再经冷却降温后进入快冷冷水池,在瞬时水量极大时,有部分热水可直接进入冷水池。供水中低压水由水箱供水泵组送入高约20米的高位水箱,再由高位水箱直接供水,高压水和中压水则由高、中压泵组加压后直接供用户。
(2)主要设计参数及设施能力:
根据水枕式快冷工艺冷却模型核算高位水箱总有效容积为500～700m3,同时根据项目的建设条件核算,考虑到占地、投资和工程难易等多种因素,最终确定总有效容积为550m3;
综合考虑设备外形、荷载及周围配套阀站等设施情况,根据水枕式快冷系统设备基础结构核算,其机下回水渣沟为2000×2000mm,不设检修人行道和冲渣水系统;
根据产品生产冷却模型计算,快冷边部侧喷(高压)最大用水量为800m3/h,连续使用;且可作用在水枕式冷却装置各段;
根据产品生产冷却模型计算,淬火低压段最大用水量为12000m3/h,通常同时向多段同时供水,间断使用,一旦供水,各用水段水量一致;
根据产品生产冷却模型计算,淬火中压段最大用水量为6200m3/h,通常仅向第一段供水,间断使用,一旦中压段供水,则低压用水量降至约8500m3/h;
在以上参数确定的前提下,选取典型冷却模型数据进行多方面核算,设计据此确定了高位水箱供水泵组、排水系统和回水贮存及提升系统能力和运行要求。
3 项目中遇到的实际问题和解决方法
在国外类似项目的试运行过程中,水枕式设备喷水喷头堵塞曾造成临时停产,经过在供水系统中加装自清洗管道过滤器,该问题得到了解决;
在本文所述项目的设计中,为防止管道锈蚀和水箱杂物的混入,保护水枕式冷却设备,应业主要求,低压自清洗管道过滤器设置在高位水箱出水管道上,但由于设备厂家初期配套设备不能适应低压和间断运行,检修比较频繁。后期该部分设备经过测试和调整,解决了这一问题。
4 结语
水枕式快冷循环水处理系统供回水泵组中部分应采用变频控制,一方面能够满足生产快速响应、间断运行、用水方式灵活的需求,另一方面还为甲方今后生产运行中节省了大量的运行费用从而降低成本提高了产品的竞争力;
水枕式快冷系统虽然属于直接冷却水,水质要求不高,但与其它快冷系统不同的是,其核心设备喷头尺寸较小,直径通常只有几个毫米,在循环水系统设计中要特别注意颗粒物粒径这个指标,通常在供水的末端应设置不大于500μ的自清洗管道过滤器。
关键词:循环水系统 水枕式快冷 钢铁冶金企业 给水排水设计。
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0133-01
1 序言
由于钢铁冶金企业轧钢工艺中的快冷工段耗水量大,用水机制多变、不连续,且存在针对不同产品不同的水量、压力要求。如果按照最大需水量进行设计,虽然能够保证生产安全,但不经济同时也不利于产品质量控制。如果按照平均需水量进行设计,针对一些经济效益较好的特殊钢种,无法保证生产要求。近些年来一些大型钢铁企业产品更新换代较快,轧钢工艺的冷却模型也在不断更新,作为配套设施的循环水供水也必须采用节能高效的系统,适应生产需要,同时提高经济效益和环境效益。
某钢铁集团有限公司是一家大型国有企业。该公司为当地经济发展和社会稳定做出了突出贡献,已成为当地社会经济发展的生命线,他们拥有得天独厚的资源优势和生产技术优势,生产的产品享誉海内外,著名的奥运主场馆—— “鸟巢”建设所用钢板就来自于他们。
近些年,该企业针对市场需求,先是改造了原有快冷系统生产线,在改造生产线成功运转后,他们又适时引进了一套新热轧(含水枕式快冷)生产线,形成了多品种的优势产品。目前上述项目均已顺利投产,配套的一系列循环水系统设计也已经过了2年以上的实际验证,本文就该类项目设计及调试过程中的一些经验和体会说明如下。
2 水枕式快冷循环水处理主要设计方案的确定
2.1 水枕式快冷工艺特点概述
A、水枕式快冷是一种钢板的热处理工艺,同样的工艺在韩国浦项和沙钢也曾应用,水枕式快冷的冷却单元是一组组枕形水冷设备,其喷水孔在设备底部,呈梯形密集分布,目的就是要让冷却水在不同的截面上喷淋强度和面积有所差异。由于钢板过钢时间和过钢速度的不同,可形成不同的冷却效果。喷水孔的设置以及水枕设备组之间的间距等都是通过冷却模型的计算和模拟得出的。
B、为保证运行和冷却效果,水枕式冷却装置在边部设置高压侧喷系统。
C、水枕式冷却装置分为多段,其最前一组设施要求可调,针对特殊钢种冷却需要,可增加冷却水喷淋强度,即加大瞬时喷水水量和水压,以达到直接淬火效果。
2.2 水枕式快冷给排水设计要求及外部条件
水枕式冷却是一种间断运行的工艺,其运行节奏与钢板钢种、长度等有着很大关系,其瞬时用水量通常在一万立方以上,运行水压较低,水压波动要求较小。这就要求必须设置大容量的中间水箱,水箱面积大,液位波动小。通常情况下,该水箱应尽量设置在生产线附近。
由于水枕式冷却设备为间断用水且用水量有变化,供水系统中的相应泵组部分采用变频控制,与相应用水系统参数连锁。
与其他快冷不同的是水枕式快冷的喷水孔十分细小、易堵,同时水枕单元为封闭式设备,一旦堵塞不易清理,因此在各供水系统中均需设置自清洗管道过滤器控制污染物颗粒粒径。
快冷系统在热轧轧机之后,大量的铁皮和油污均在前面得到了去除,这样就减少了该循环水处理系统处理的难度,节省了处理环节。
2.3 主要供回水指标
系统最大瞬时用水量:14000m3/h;側喷高压最大用水量:800m3/h;低压系统最大用水量:12000m3/h。
2.4 水枕式快冷循环水处理站的主要设计原则及方案
2.4.1 主要设计原则和特点
设计首先要满足水枕式快冷系统的生产用水要求,同时在特殊钢种生产时,具备向第一组水枕冷却设备提供直接淬火供水的能力;系统中供回水泵组部分设计为变频控制,以适应供水机制灵活多变的要求;按照冷却模型核算回水情况,以核算结果进行配套热回水泵组、砂过滤系统和冷却系统的设计;水枕式快冷循环水系统分高、中、低压三路供水。通常情况下高压在0.90-1.10MPa,中压在0.55～0.65MPa,低压在0.12～0.20MPa。
2.4.2 主要设计方案
(1)工艺流程简述
水枕式快冷循环水虽然属于直接冷却水,但由于钢板在前期轧制和预热阶段其表面附着的铁皮和油脂已经得到了大量的去除,所以对于悬浮物去除仅采用一级石英砂过滤即可;同时由于该系统循环水为间断供水,瞬时水量很大,回水的温升也较小,在温度控制方面则采用了部分回水上塔冷却的模式。
水枕式快冷高低压段回水经快冷设备下回水渣沟排入快冷热水池,热水经提升后进入高速过滤单元,再经冷却降温后进入快冷冷水池,在瞬时水量极大时,有部分热水可直接进入冷水池。供水中低压水由水箱供水泵组送入高约20米的高位水箱,再由高位水箱直接供水,高压水和中压水则由高、中压泵组加压后直接供用户。
(2)主要设计参数及设施能力:
根据水枕式快冷工艺冷却模型核算高位水箱总有效容积为500～700m3,同时根据项目的建设条件核算,考虑到占地、投资和工程难易等多种因素,最终确定总有效容积为550m3;
综合考虑设备外形、荷载及周围配套阀站等设施情况,根据水枕式快冷系统设备基础结构核算,其机下回水渣沟为2000×2000mm,不设检修人行道和冲渣水系统;
根据产品生产冷却模型计算,快冷边部侧喷(高压)最大用水量为800m3/h,连续使用;且可作用在水枕式冷却装置各段;
根据产品生产冷却模型计算,淬火低压段最大用水量为12000m3/h,通常同时向多段同时供水,间断使用,一旦供水,各用水段水量一致;
根据产品生产冷却模型计算,淬火中压段最大用水量为6200m3/h,通常仅向第一段供水,间断使用,一旦中压段供水,则低压用水量降至约8500m3/h;
在以上参数确定的前提下,选取典型冷却模型数据进行多方面核算,设计据此确定了高位水箱供水泵组、排水系统和回水贮存及提升系统能力和运行要求。
3 项目中遇到的实际问题和解决方法
在国外类似项目的试运行过程中,水枕式设备喷水喷头堵塞曾造成临时停产,经过在供水系统中加装自清洗管道过滤器,该问题得到了解决;
在本文所述项目的设计中,为防止管道锈蚀和水箱杂物的混入,保护水枕式冷却设备,应业主要求,低压自清洗管道过滤器设置在高位水箱出水管道上,但由于设备厂家初期配套设备不能适应低压和间断运行,检修比较频繁。后期该部分设备经过测试和调整,解决了这一问题。
4 结语
水枕式快冷循环水处理系统供回水泵组中部分应采用变频控制,一方面能够满足生产快速响应、间断运行、用水方式灵活的需求,另一方面还为甲方今后生产运行中节省了大量的运行费用从而降低成本提高了产品的竞争力;
水枕式快冷系统虽然属于直接冷却水,水质要求不高,但与其它快冷系统不同的是,其核心设备喷头尺寸较小,直径通常只有几个毫米,在循环水系统设计中要特别注意颗粒物粒径这个指标,通常在供水的末端应设置不大于500μ的自清洗管道过滤器。