解决3 号高炉喷碱脱水塔问题的实践

林 娜， 杨天亮

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司， 河北 唐山 063200）

1 系统介绍

首钢京唐钢铁联合有限责任公司（以下简称京唐）采用高炉煤气全干法除尘工艺，相比湿法除尘提高了除尘效率，但是不能除去高炉煤气中的腐蚀性成分HCl、H2S、S02等酸性腐蚀性物质，因此专门设计了喷碱塔系统。在借鉴一期经验基础之上，二期3号高炉建设之初便设计了喷碱塔。

本系统使用双流体氮气雾化喷嘴向管道内喷射颗粒细小的水滴，与高温煤气直接、充分接触后，迅速蒸发并且带走热量，实现高温煤气的快速降温。降温后的高炉煤气煤气，再次与40%NaOH 溶液喷淋液接触，煤气中的高氯和硫化氢NaOH 反应，同时实现脱氯和降温的双重目的。如图1 装置由喷水装置、喷碱液装置、脱水塔、U 型水封和蝶阀（可靠切断）组成。

图1 喷碱塔系统图

喷水降温系统共分两组，每组6 支喷枪，共计12 支，每组内的喷枪均可实现6 只枪投入使用的任意选择。第一组喷水的主要功能为降温，所喷水为工业水。第二组所喷40%的NaOH 溶液，其主要功能为除Cl-，NaOH 溶液通过碱液泵站输送至每支喷枪接口处，在喷枪内混合后喷入管道。

脱水塔为一种新型高炉煤气脱硫清除装置，该装置外形为圆筒壳体，壳体内设置4 层装置，从下到上依次为气流分布栅、冷却水喷头、碱液喷头及除雾器[1]。通过该装置，含氯化物成分的高炉煤气与喷入装置内的冷却水、碱液及工业回用水发生传质和传热，将高炉煤气中的氯化物吸收到碱液中，脱硫后高炉煤气排出该装置送入综合管网供用户使用。

喷碱塔运行情况好坏可以通过高炉煤气冷凝水的pH 值进行检验，pH 值表示煤气冷凝液酸碱性的强弱，决定了煤气腐蚀能力，可以通过其控制后续管道设备的腐蚀情况，pH 值也反应喷碱液量的大小，直接影响生产成本。pH 值的检测可手动化验，也可通过在线pH 值测量设备，进行实时监测。

2 问题简述

由于二期施工时间短、3 号高炉喷碱脱水塔仓促投产，经检测3 号高炉煤气煤气管道冷凝水pH 长期在3 以下，属于强酸，对煤气管道造成一定腐蚀，易发生煤气泄漏、着火、中毒、爆炸等安全事故，存在对生产造成严重危害的隐患。能环部多次利用高炉短时休风对喷碱脱水塔外部进行检查，发现大小问题20 余项，但3 号高炉投产后一直调整炉况，未有长时间停炉机会可满足塔内检修需要。

高炉煤气含HCl、H2S、S02等酸性腐蚀性物质，长期在强酸环境下运行对生产造成严重危害,体现在以下几点：

1）腐蚀煤气管道，造成煤气泄漏、发生着火、中毒、爆炸等安全事故；

2）煤气加压机等转动设备的叶片腐蚀结垢，造成事故停机，增加检修频次；

3）高炉煤气柜密封油变质，缩短密封油使用寿命。

3 难题分析及分解

为了改变这个现状，能环部成立专门项目组，由汪国川副部长做主要负责人，能源运行中心、设备工程室、供风作业区、安全管理室相关专业参与其中，将6Σ 工具与专业技术相结合、明确责任，对流程进行梳理，通过因果矩阵、FMEA 确定重要因子，确定改善从喷碱注入量、喷枪布局、电机频率等六项开展。

图2 六西格玛方法查找问题途径

3.1 初步改善

由于喷枪布局、喷嘴清洁度等需结合高炉检修进行，本项目组先从喷碱量设定值、电机频率、出口氮气压力、出口水压、分组控制箱布局等因素进行改善。利用回归分析法，得到回归方程：

式中：Y为高炉煤气pH 值；X1为碱液注入量；X2为电机频率；X3为氮气压力。

可以看出，为节省物料成本，X1、X2越小越好,这就要求氮气压力设定为最小，由于氮气管网压力波动范围是0.75～0.91 MPa，调压稳压阀的设计稳压范围为30%，0.91×（1-0.3）=0.637 MPa，氮气压力设定为0.64 MPa。

根据回归方程可得到望目范围（6.7～7.7）的碱液注入量为0.02～0.06m3/min，电机调节频率为20～25Hz，将分析结果应用生产后，3 号高炉煤气冷凝水pH 仍在3 以下，加大喷碱量至最大流量0.48 m3/min 后，3号高炉煤气冷凝水pH 可达4～5，但是与要求仍有很大距离，本次改善再次确定喷嘴堵塞是造成喷碱效果不理想的最主要原因。

3.2 深入改善

9 月底环保现场，3 号高炉停炉检修XX小时，虽然检修时间略短，但能环人深知这是一次不可多得的机会，为了更好的把握本次计划，本项目组召开三次会议，确定三炉喷碱塔检修安全方案、备件材料需求清单、生产组织方案及应急预案，制定好详细的检修工作施工方案、安全措施，并将每项任务明确责任到个人。

为了缩短检修时长，供气作业区提前对2 号、3号煤气排水器卡盲板、关3.6 m 蝶阀、1 号煤气排水器卡盲板及封水封、氮气置换、开人孔。一切准备妥当，3 号高炉休风开始后，相关检修人员便马上按照计划开展检修。现场问题主要有以下四项：

3.2.1 脱水塔、水封和喷枪根部存在漏气点1）脱水塔、水封和喷枪根部存在6 处漏气点，造成周边区域煤气持续超标，煤气报警器连续报警，存在中毒、着火的隐患（见图3）。

图3 脱水塔漏气图

3.2.2 工程管理不到位

如图4 所示脱水塔内部有大量焊条、边角料等杂物，造成排水不畅，同时加剧内部腐蚀。

图4 内部杂物

3.2.3 脱水塔内部防腐不到位

图5 所示钢结构腐蚀严重，脱水结构损坏，影响脱水效果，缩短使用寿命。

图5 防腐漆脱落

3.2.4 喷头附近无进人孔

检修进人需要30 m 外人孔进入，检修维护不方便。

针对以上问题，能环部连夜调整检修方案，制定了以下措施：

1）结合1 号高炉、2 号高炉碱液喷头布置方式经验，对3 号碱液喷头进行位置优化，将喷水喷头全部改为大喷头，增大喷水量，将喷碱液喷头全部改为小喷头，加强雾化效果，提高与煤气的接触面积。

2）在喷碱塔炼铁DN3600 调节阀后加装人孔一个（见图6），便于检修期间进人，对管道内部喷头等进行维护检查。

图6 增加人孔

3）对内部喷头弯头进行加固，如图7 所示对喷头根部、管道焊缝和脱水塔重点部位进行了PRO15 防腐漆补涂，提高在高温酸性环境下的设备运行寿命。

图7 内部防腐

4）对脱水塔、水封和喷枪根部共6 处漏气点进行补焊。

4 效果及建议

目前高炉煤气冷凝水pH 值保持在7 左右，避免了对后续管道及附件的腐蚀，保证生产稳定。通过本次检修得出：

1）本次任务能在有限时间内保质保量完成，主要得益于专业事先对检修项目、材料备件等做了充分准备。

2）操作参数固话后班组长进行现场操作等培训，使之快速掌握操控要领，后期做好参数保持，严格制度执行。大力推进六西格玛管理文化，以数据说话，减少主观臆断，提高了工作水平提升管理水平的精神，以理论为基础，与生产现场实际相结合，深入优化喷碱站运行管理模式，做好pH 稳定工作，对流程能力进一步细致分析，以数据为导向，做好品质参数保持。参数固话后对班组长进行现场操作等培训，使之快速掌握操控要领，后期做好参数保持，严格制度执行，形成PDCA 循环改善。

3）改善是个持续的过程，永远没有终点。虽然本次检修解决了大部分问题，但部分问题没有得到根治。比如说高炉煤气具有高温强酸特性，应将喷碱脱水系统内防腐全部采用玻璃鳞片的形式，防腐效果好后期维护费用低。