单段式与两段式橡胶膜煤气柜技术的对比分析.docx

单段式与两段式橡胶膜煤气柜技术的比照分析刘红娟【摘 要】从工作原理、技术参数、一次投资、运行费用、日常修理量及事故率等等方面，对单段式橡胶膜密封型煤气柜和两段式橡胶膜密封型煤气柜进展了综合比照，为钢铁厂在煤气回收中气柜的选型供给依据。%A comprehensive comparison was made on the one-section and two-section rubber diaphragm sealed gasholders in the aspects of working principle, technical parameters, primary investment, operation cost, daily maintenance work and failure rate, providing some reference for other steelmakers on selection of gasholder for gas recovery.【期刊名称】冶金动力【年(卷),期】2023(000)011【总页数】4 页(P19-22)【关键词】煤气柜;橡胶膜密封;单段式;两段式【作 者】刘红娟【作者单位】中冶京诚工程技术，北京 100176【正文语种】中 文【中图分类】TQ547.9 1 引言橡胶膜密封型煤气柜也叫威金斯气柜、卷帘气柜，是一种不使用水和油脂等液体或半液体的全干式煤气柜，该气柜的特点是吞吐量大、日常维护及检修工作量少、使用寿命长且密封性能好，适用于含尘量大、湿度高、有毒气体成分多的气体介质的储存，因此成为钢铁企业转炉煤气回收的首选柜型。目前在国内普遍使用的大容量煤气柜是两段式橡胶膜密封型煤气柜以下简称两段 式气柜，该类型煤气柜国内现有最大容量为150000m3，在天铁、包钢、江阴、迁钢等各大钢厂广泛承受。单段式橡胶膜密封型煤气柜以下简称单段式气柜国 内在石化行业应用较多，容量多在 1 万 m3 以下，近几年，在冶金行业也有应用， 目前最大容量为 5 万 m3。在国外钢厂中，转炉煤气回收普遍使用的是单段式气柜。与两段式气柜相比，单段式气柜具有储气压力稳定、操作简洁、维护量少等优点。2 单段式气柜与两段式气柜工作原理比照2.1 两段式气柜的构造及工作原理两段式气柜由侧板、支柱、屋顶、底板、活塞、T 形挡板、密封橡胶膜、活塞调平装置、防风桁架、走廊及梯子平台等部件组成。外壳是由侧板、支柱、屋顶、底板构成的一个固定圆柱形几何体，其内部有一个可活动的活塞，侧板与活塞之间的密封承受合成橡胶薄膜密封。在活塞的外侧与侧板之间设置一个中间段，称为 T 形挡板，把密封橡胶膜分为两段，从而降低了煤气柜的整体高度和减小了密封橡胶膜的长度。T 形挡板前后有两圈密封橡胶，外圈密封橡胶连接于侧板和 T 形挡板之间， 内圈密封橡胶连接于 T 形挡板和活塞之间，从而使气柜成为一个两段式密封的气柜。在气柜内未储存煤气时，活塞坐落在底板上，T 形挡板坐落在 T 形挡板台架上，当气柜逐步进气时，且到达肯定的压力，活塞便开头上升，内侧密封橡胶膜开头向上卷动，这时，T 形挡板及外侧密封橡胶膜都不动作，随着气体的不断进入，活塞上升至桁架顶部遇到 T 形挡板上部桁架顶板时，内侧密封橡胶膜被向上拉直，活塞已不能单独上升，当煤气连续进入，到达其次段压力时，活塞将与 T 形挡板同时上升，这时，外侧密封橡胶膜开头向上卷动，最终活塞及 T 形挡板上升到最高位置，外侧密封橡胶膜也被向上拉直，气柜便到达了最大储气量。当气柜向外送气时， 其过程与上述过程相反。两段式气柜的工作原理如图 1 所示。2.2 单段式气柜的构造及工作原理单段式气柜外壳与两段式橡胶膜密封型煤气柜根本一样，不同的是其内部仅有活塞和橡胶膜，无 T 挡板，因此气柜的整体高度相对较高；密封膜的一侧连于侧板上， 另一侧连于活塞上，因此橡胶膜的长度也更长。在气柜内未储存煤气时，活塞坐落在底板上，当气柜逐步进气时，且到达肯定的压力，活塞便开头上升，密封橡胶膜开头向上卷动，随着气体的不断进入，活塞上升至最高位置，密封橡胶膜也被向上拉直，气柜便到达了最大储气量。当气柜向外送气时，其过程与上述过程相反。单段式气柜的工作原理如图 2 所示。2.3 比照结论一样容积及侧板内径的状况下：两段式气柜内部构造及工作原理相对简单，但整体高度较低，橡胶膜长度较短；单段式气柜内部构造及工作原理简洁，整体高度相对较高，橡胶膜长度较长，有更高要求。3 单段式气柜与两段式气柜技术参数比照如前所述，单段式气柜相对两段式气柜无 T 挡板和 T 挡板台架，但由于活塞高度增加，柜体总高相对较高。下面通过具体数据来对两种气柜的技术参数进展比照。表 1 列出了容积为 5 万 m3 的单段式和两段式煤气柜的技术参数。表 1 技术参数比照技术规格参数 单段式 两段式公称容积/m3 5000050000 侧板内径/mm 4657346573 侧板高度/mm 4670038100 活塞行程/mm 3100031000立柱根数 2424 回廊数 87 储气压力/kPa 2.22.0/2.5 调平配重组数 66 内部构造 活塞 活塞+T 档板+T 挡板台架密封橡胶膜/m2 24002335 本体钢构造重量/t 9941020 工艺设备重量/t 108116通过以上数据比照可知，有效容积一样、侧板内径一样、活塞行程一样的状况下， 单段式煤气柜比两段式煤气柜立柱及侧板高度增加，抗风桁架增加；而单段式煤气柜相对于两段式来说，内部活塞取代了两段式的活塞+T 挡板+T 挡板台架。5 万 m3 单段式气柜本体钢构造与两段式重量根本相当，比两段式重量还略微轻些。这主要是由于单段式气柜虽然活些塞高度增加，进而气柜死空间增加，即增加了一 局部侧板和桁架的重量，但是气柜内部却取消了 T 挡板台架，而活塞构造对于活塞加 T 挡板的构造也简洁了很多，因此总的来说，气柜本体构造重量还是削减了。在工艺设备方面，由于死空间的加大，侧板高度增加，因此放散管的高度增加，增加一局部重量。而单段式橡胶膜密封型煤气柜由于只有一段密封，相对于两段式而言，上下密封部件重量削减。单段式气柜由于橡胶膜不格外膜和内膜，因此面积增加。两段式气柜有两个压力，压力不稳定数为 0.5kPa，当气柜的公称容积连续增大时， 此值会连续增大至 0.7kPa15 万 m3 气柜甚至更大。而单段式气柜只有一个压力，压力稳定。比照结果：5 万 m3 单段式比两段式钢构造重量稍轻、工艺重量稍轻、密封膜稍多， 单段式构造简洁、压力稳定。4 投资及技术经济比较4.1 一次性初投资比照表 2 分别对容积为 5 万 m3、8 万 m3 和 12 万 m3 的单段式和两段式橡胶膜密封型煤气柜从本体钢构造重量、工艺设备重量、橡胶密封膜面积等方面进展了比照和投资估算。注：以上比照数据均以两段式气柜为基准，结果为单段式气柜相对于两段式气柜增加或削减的数量。容积 密封膜/m2 本体钢构造重量/t 工艺设备重量/t总投资/万元 50000+65-26-8-0.280000-35+50+7102120230+90+140-7230由以上数据可知，对于容量为 5 万 m3 的橡胶模密封型煤气柜来说，单段式相对于两段式气柜本体钢构造削减 26t，工艺设备削减了 8t，但密封膜面积增加了65m2，总投资单段式和两段式气柜费用根本相当。而 8 万 m3 单段式比两段式初投资增加约 100 万元，而 12 万 m3 将增加二百多万。因此容量越大，单段式相对于两段式的初投资增加也就越多。4.2 运行牢靠性分析两段式密封橡胶膜密封型煤气柜由于内部有活塞和 T 挡板上、下运行，当活塞升起时，气柜处于一段低压运行，当活塞带动 T 挡板运行时，气柜处于二段高压运行，当 T 挡板再次回落时，T 挡板重落到 T 挡板台架上，对 T 挡板有肯定的冲击，相对运行简单。相对于两段式密封来说，单段式气柜由于仅有活塞在柜内运行， 运行相对简洁得多，且正常运行活塞不着床，避开了由于着床对活塞造成的构造冲 击，运行牢靠度更高。4.3 运行费用分析两段式橡胶膜密封型煤气柜容量越大，其二段压力相对于一段压力的差值也越大， 如 5 万 m3 和 8 万 m3 煤气柜一段和两段的最小压差为 0.5kPa，而 15 万 m3 煤气柜一段和两段的最小压差为 0.7kPa，假设气柜的容量连续加大，则最小压差有可能接近 1.0kPa。这对于本身运行压力就比较低的转炉煤气系统来说 3.0kPa，将直接影响煤气柜前一次风机及后续煤气加压机的工作状况，压差越大，其工况越不稳定，工作效率越低、运行费用也就越高。压力不稳定还会给后续用户带来不良的结果，导致用气量增大、效率降低等等。由于单段式橡胶膜密封型煤气柜工作压力稳定，大大改善了一次风机和加压机的工作状况，提高了其工作效率，从而大大节约了运行本钱，同时也保证了后续用户的持续稳定供给。由于供气压力稳定所带来的运行费用的降低为间接运行费用的节约，该值的理论计算较为简单，且与实际运行有很大关系，在此仅给出定性分析。4.4 日常维护工作量橡胶膜密封型煤气柜日常维护包括：气柜外部状况检查、内部活塞倾斜度、密封间隙、钢丝绳拉紧状况、密封膜有无特别、放散阀煤气泄漏状况以及排水状况等等， 其中密封间隙和密封膜的检查尤为重要，根本每周都要检查一次。单段式煤气柜由于柜内只有活塞和一段橡胶膜，运行简洁，修理点也少。如检查密封橡胶膜连接螺栓的松紧状况，两段式密封气柜承受内、外两圈密封橡胶膜，连接局部均承受螺栓进展固定。在屡次运行过程中，螺栓难免有些会松动。单段式橡胶膜密封型煤气柜相对于两段式，其螺栓的数量约为两段式密封气柜的一半，因此大大削减了维护工作量。4.5 其他费用单段式橡胶膜密封型煤气柜由于仅有活塞在筒体内部上下运行，其操作运行简洁， 事故发生率低，修理量少。两段式密封橡胶膜密封型煤气柜由于内部有活塞和 T 挡板上下运行，当活塞升起时，气柜处于一段低压运行，当活塞带动 T 挡板运行时，气柜处于二段高压运行，当 T 挡板再次回落时，对 T 挡板台架有一次冲击作用，假设 T 挡板回落至 T 挡板台架时，T 挡板有倾斜，将造成 T 挡板中心偏移， 日积月累，就可能使事故消灭的概率提高。目前国内运行的两段式橡胶模密封型煤气柜有近百座，消灭事故也有报道。据了解，近年来，此类型煤气柜事故均发生在活塞带动 T 挡板升起时候，即事故点均在 T 挡板上。5 结论单段式煤气柜相比两段式煤气柜具有：压力更加稳定，操作更简洁、运行费用低， 运行牢靠度高、日常修理工作量少、事故率低等优点，缺点是大型化后初投资略有增加。随着设计技术的进步，以及国内对于安全事故的重视程度的提高，单段式橡胶膜密封型煤气柜必将取代两段式橡胶膜密封型煤气柜而在钢铁企业发挥更大的作用。在高压储气领域，单段式橡胶膜密封型煤气柜以其独有的优势，也将与稀油密封圆形煤气柜相抗衡。