高炉炉顶放散阀煤气泄漏故障攻关实践

高炉炉顶放散阀煤气泄漏故障攻关实践

曾俊

阳春新钢铁有限责任公司   广东阳江   529600

摘要：炉顶放散阀位于高炉顶部，用于快速释放炉内压力，一般是高炉检修时使用，有时出现紧急状况，也会立即打开炉顶放散阀；现代高炉使用的炉顶放散阀一般兼具安全阀的功能，即当炉内压力高于正常压力一定值时，为了保护高炉及相关设备，炉内压力会顶开炉顶放散阀，以释放炉内压力，保障高炉系统的安全；目前使用较普遍的炉顶放散阀为液动碟簧仓式放散阀，主要依靠碟簧组压缩产生的弹力来密封，同时由于碟簧具有可压缩性，故阀门具备安全阀功能，此外阀门通过液压缸伸缩实现开关；由于阀门特性原因，此阀如若安装调试不当或外部液压系统控制不合理，极易发生煤气泄漏事故。

关键词：高炉； 炉顶放散阀； 泄漏； 技术攻关；

以往炉顶放散阀一般为配重式，通过卷扬机或液压缸牵引钢丝绳实现配重的起落，阀门工作原理为：通过配重产生的向下力矩来平衡炉内压力作用在阀板上的力矩，实现阀板的密封，当炉内压力超过一定值时，炉内压力作用在阀板上的向上力矩大于配重的向下力矩，阀门会自动被顶开，即炉顶放散阀的安全阀功能；但由于配重、卷扬机或液压缸牵引部分所占空间较大，现逐渐被结构紧凑的碟簧仓式炉顶放散阀所取代。

阳春新钢铁1#、2#高炉均采用的液动碟簧仓式炉顶放散阀，其结构如图，主要由阀体、碟簧仓（1）、液压缸（2）、连杆（3）、摆臂（4）、阀盖（5）及横梁（6）组成，阀门工作原理为：图示位置，碟簧仓、液压缸、连杆、摆臂及机架组成的五连杆机构，此机构具有自锁功能，即除非是液压缸主动伸出，否则碟簧仓不会向右旋转，从而确保阀门处于可靠的关闭位置，在此关闭状态下，碟簧仓（1）内碟簧被压缩，产生向左下方（碟簧仓轴线方向）弹力，从而给横梁（6）一个向下的压力，横梁（6）向下的压力通过两侧连杆（3）传递至两侧摆臂（4），从而实现向下压住阀盖（5），达到阀门密封的效果；当需要打开阀门时，液压缸（2）的活塞杆伸出，通过五连杆机构打开阀盖（5），使阀盖处于垂直状态，阀门打开放散。

由于碟簧仓（1）内碟簧还能继续被压缩，当炉内压力升高到一定程度，足以使炉内压力通过阀盖（5）、摆臂（4）、连杆（3）、横梁（6）使碟簧继续被压缩时，阀门就会被顶开放散，而此时液压缸仍处于原关阀位置，这就是放散阀的安全阀功能。

图一

图二 碟簧仓（1）及横梁（6）结构图

一、炉顶放散阀存在的可能导致泄漏的不稳定因素

（一）碟簧的弹力大小对液压缸缩回的位置很敏感，液压缸位置发生微小的变化可能导致泄漏

     如图一，如果阀门初始安装时，液压缸缩回位置误差大，比如多缩回10mm，就会导致碟簧预压缩量减小，阀门密封压力随之会减小10kpa左右，就会造成阀盖处密封力不够而泄漏；此外后期使用时，如果阀门关到位接近开关发生松动移位或接近开关损坏等故障，都会造成液压缸缩回位置变化，造成阀门未关到设定位置或关过头，从而导致阀门煤气泄漏故障的发生。

（二）液压缸内、外泄漏导致阀门煤气泄漏

     现代高炉检修周期一般为6个月，即6个月才会打开、关闭一次炉顶放散阀，而阀门关到位时液压缸两腔都有压力，这两腔压力与阀门自锁的力达到一个平衡，在6个月的时间内，液压缸两腔的压力不允许发生变化，否则平衡就会被打破，进而导致液压缸活塞杆位置发生变化，阀门就会发生煤气泄漏；所以阀门对液压缸活塞、缸头、缸底及活塞杆密封要求高，当液压缸两腔相互泄漏时，会造成液压缸缩回位置变化，伸出时会将阀门打开，继续缩回则会导致阀门密封力不够，都会造成阀门煤气泄漏，液压缸外泄漏也是一样的原理会造成阀门泄漏；当液压胶管、液压管路、管路接头等任何一处发生泄漏时，液压缸的平衡也会被打破，会造成阀门煤气泄漏。

（三）液压控制回路缺陷导致阀门泄漏

    炉顶放散阀门普遍采用图三液压控制回路，（7）为叠加式单向节流阀，作用是调节液压缸动作速度，（8）为叠加式液控单向阀，作用是当液压缸停止动作时，锁住两腔油液，使两腔压力较长时间保持不变，（9）为三位四通电磁换向阀（中位机能为Y型），作用是实现阀门开、关换向及停止功能，此控制回路优点是能使液压缸停留在任意位置并较长时间保持此位置，但一般要保持几个月却比较困难，缺点是对液压缸、叠加式液控单向阀、液压管路保压要求高，时间一长，尤其像炉顶放散阀一样关到位后要保持6个月，不管是液压缸出现一点内、外泄漏，还是叠加式液控单向阀（8）缓慢卸压，亦或是管路、管路接头任何部位发生泄漏，都会造成液压缸伸出或缩回，伸出则会打开阀门，缩回则会造成阀门密封力降低，都会导致炉顶放散阀阀盖泄漏煤气。

       图三 改进前液压控制回路

二、降低炉顶放散阀煤气泄漏率所采取的技术攻关措施

（一）调整液压缸安装尺寸，让阀门关到位时液压缸缩回顶缸

     根据阀门出厂前实验情况，液压缸关到某一位置阀门试验工作压力满足要求时，记录下液压缸此时的安装尺寸（杆头中心到铰轴中心的距离），然后将液压缸拆下，通过调整铰轴在缸体上的位置，使液压缸全缩回时，安装尺寸为阀门压力试验时的尺寸，然后将液压缸装回至阀门上，这样每次关阀后，液压缸缩回都能顶缸，通过这一方法来调整液压缸的安装，虽然要多拆装一次液压缸，但今后操作阀门时，每次关阀时，液压缸都能完全缩回到位，就能保证阀门的密封力，且每次关阀的位置都能保持一致，简化和降低了后续关阀的操作难度，因而，以后每次关阀门时就排除了液压缸缩回过多导致阀门密封力减小的隐患，从而能提高阀门稳定性。

图四  液压缸安装图

（二）优化液压控制回路，消除外部不稳定因素

     通过第一条改进措施，解决了阀门关闭后液压缸缩回位置不一问题，但还存在一个不稳定因素，即当液压缸完全缩回到位时，液压缸的有杆腔即关阀腔压力一般等于系统压力，而无杆腔即回油腔压力一般接近0，经过几个月的时间，有杆腔压力缓慢泄漏至无杆腔，由于无杆腔面积远大于有杆腔，当有杆腔往无杆腔泄漏达到一定程度时，液压缸活塞杆就会慢慢被无杆腔产生的油压顶出，液压缸伸出，阀门就会慢慢被打开，而炉内为高温高压煤气，一旦在此生产状态打开阀门，会造成较严重的安全或设备事故。

因此将液压控制回路改为以下控制回路，则所有不稳定因素都能消除。

如图五，将原中位机能Y型的三位四通电磁换向阀（9）改为钢球定位的二位四通电磁换向阀（10），取消叠加式液控单向阀（8），这样当阀门关到位后，有杆腔即关阀腔常通压力油，无杆腔常通油箱，哪怕是液压缸存在微小内泄漏，有杆腔泄漏一点至无杆腔，系统马上会给有杆腔补充压力，而泄漏至无杆腔的压力，由于无杆腔常通油箱，此泄漏过来的压力马上就会泄至油箱，同理有杆腔或有杆腔管路有外泄现象，系统压力会自动补充，无杆腔或管路泄漏完全不影响液压缸的平衡，故完全消除了液压缸内外泄漏及管路泄漏带来的隐患。

此外，假如突发停电或液压主泵跳停，钢球定位的二位四通电磁换向阀（10）仍然会保持关阀方向，阀门在关位状态下，五连杆的自锁特性使碟簧仓产生一个使液压缸缩回的力，所以即便液压缸有杆腔（关阀腔）压力降至零，液压缸仍然会保持全缩回状态，阀门依旧保持关的位置，从而确保阀门的安全可靠密封。

图五 改进后液压控制回路

总结：通过对阳春新钢铁炉顶放散阀安装调试方法和液压控制回路的改进，彻底消除了安装误差、关阀操作不当、接近开关故障、液压缸内外泄漏、液压管路及接头泄漏、叠加式液控单向阀缓慢泄压等一系列不稳定因素，从根本上提高了炉顶放散阀的可靠性，大幅降低了炉顶放散阀煤气泄漏故障率，在几个月至半年时间内保证了炉顶放散阀的正常运行，显著提高了炉顶放散阀的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]赵庆辉, 樊金锋, 魏雪明,等. 一种可调节炉顶放散阀:, CN207935499U[P]. 2018.

[2]蔡国良. (2013). 大高炉煤气放散阀安全控制和应急处理. 设备管理与维修(B05), 3.

[3]郭建康, 凌云. 无配重可调压炉顶放散阀:, CN202001713U[P]. 2011.