高压除鳞水系统压力稳定的探索与应用

【摘要】通过对影响高压除鳞水系统压力稳定的因素进行探索攻关，改变供水打压控制模式，开发高压水直供技术，提高供水响应速度以此弥补蓄能水罐机动供水能力的不足，并通过技术改造解决高压喷射阀组内泄漏泄压问题，实现了系统压力的快速补充和持续稳定，满足钢板除鳞需求。

【关键词】除鳞水系统;压力稳定;探索与应用

引言

随着市场对容器、造船、管线、桥梁、海工、风电、核电、耐磨等高性能级别钢板的需求日益广泛，轧钢生产对除鳞水压力和保障能力的要求越来越高。除鳞水压力及其稳定性能，直接影响钢板除鳞效果，是衡量除鳞打击能力的关键因素，得到越来越高的重视。

1.问题的提出

某钢厂新建4300轧钢生产线，高压除鳞水系统设计工作压力20MPa，但投用以来，系统压力难以稳定，压力在18～23MPa之间频繁波动，特别是钢板除鳞时，压力难以维持。系统水压难以稳定，不能满足钢板除鳞对水压的正常需求，钢板除鳞效果较差，时常发生大面积氧化铁皮残留，造成表面质量缺陷或轧制过程中氧化铁皮压入基体组织中导致性能不合，生产损失严重。此外，系统水压不稳定引发泵组频繁升速打压，高压水泵组运行负荷超高，增加能源消耗成本。高压除鳞水系统压力不稳定，成为困扰生产调试和高表面质量钢板开发生产的瓶颈问题。

2.高压除鳞水系统构成

高压除鳞水系统由4台高压除鳞泵组及出口阀组、2台蓄能水罐组、4台蓄能气罐组、10台喷射阀组、供水管路、10组除鳞集管以及辅助液压、泵站和电控系统等组成。其中，10台喷射阀组和10组除鳞集管对应加热炉后除鳞箱、粗轧机和精轧机三个位置，可实现单点或多点同时除鳞生产。高压除鳞水系统工作原理为：供水泵组通过升、降速控制实现向系统提供和补充高压除鳞用水;蓄能水罐组并接在出口阀组和喷射阀组之间的供水管路上，储存高压水作为除鳞集管主供水源，降低高压水泵组运行负荷，稳定系统压力;喷射阀组控制除鳞水的开启和关闭;除鳞集管实现钢板的均匀、大打击力除鳞。系统控制采用以高压蓄能水罐设定打压工作限位控制供水泵组升降速打压供水为主、以系统水压设定打压工作限位控制供水泵组升降速打压供水为辅模式。

3.问题原因分析

通过对系统构成和实际运行状况进行分析和调查，发现影响高压除鳞水系统压力稳定的主要因素在于系统蓄能能力、泵组升速打压响应速度、阀组内泄漏三个方面。

（1）系统蓄能水机动供水能力相对除鳞用水量存在不足。系统设置2台8m?的高压水罐和4台8m?的高压气罐作为蓄能罐组，为除鳞集管提供主要供水。高压水罐设置6个水位控制限位，从下至上分别为1到6水位，其中1水位为极低安全限位，6水位为超高安全限位，2水位控制高压泵升速，5水位控制高压泵降速，实际只有2～5水位为可用水位。经计算，高压水罐实际可用机动容积为4.5m3。而系统20MPa工作压力下平均用水需6.4m3。蓄能能力的不足引发蓄能水位随除鳞用水快速下降，系统压力也就随之快速下降，并在较低压力下持续波动。虽然水位降低至泵组升速限位后，运行的3台泵组开始升速打压向系统供水，但直至除鳞结束后，系统水压才能恢复至正常。可见，蓄能水罐的机动供水能力远小于系统除鳞用水量。

（2）供水泵组升速打压供水响应滞后，不能有效弥补除鳞用水量和蓄能水罐机动供水量间的差额，系统失压后补压不及时。除鳞用水量和蓄能水罐机动供水量相差1.9m?，根据除鳞泵供水能力计算，需要3台高压泵同时高速打压8s时间补充水量欠缺。但除鳞水泵由低速到高速的升速时间需要5s，由此造成除鳞水泵升速比轧钢除鳞速度慢，致使水压补压缓慢，系统压力维持在低压状态。

（3）高压除鳞阀组存在内泄漏引发系统压力泄压降低损耗。因高压除鳞阀组存在阀芯设计缺陷，阀组承压工作状态密封效果差，频繁发生内漏泄压问题。分析其根源主要是阀芯运动过程中定位性能差，可靠定位支撑数量不足，造成阀芯、阀套及其密封的频繁损坏，平均使用寿命不足2个月。一旦除鳞阀组发生密封失效泄漏，高压水损失严重，引发系统压力降低损耗。

4.问题解决措施

一直以来，高压除鳞水系统设计控制技术均是配以大容积的高压水、气罐作为蓄能器，以蓄能器蓄积的高压水作为主除鳞水源供应除鳞集管。随着中厚板生产工艺的发展，对除鳞水量需求越来越大、除鳞水压要求越来越高。这种传统的技术，需要建设容积更大、数量更多的配套蓄能罐，以满足水量、水压增大后的工艺需求。增加蓄能水罐数量容积虽然能直接解决供水量不足问题，但受现场场地限制不具备实施条件。而传统的高压除鳞水系统使用“水罐水位控制为主、系统压力控制为辅”运行模式，水压波动大，很难满足高水压除鳞需求。综合考虑上述因素影响，打破常规，改变供水打压控制模式，开发高压水直供技术，大幅提高供水响应速度，解决高压喷射阀组内泄漏上采取措施，稳定系统压力，控制原理如图1所示。

图1 高压水直供控制原理图

具体措施如下：

（1）改变传统的泵组升速打压控制模式，使用“以系统水压设定打压工作限位控制供水泵组升降速打压供水为以、以高压蓄能水罐设定打压工作限位控制供水泵组升降速打压供水为辅”控制方式，提高系统压力相应的及时性，借助高压除鳞水泵高水压、大排量的自身优势，及时打压补水消除系统压力的持续下降。

（2）开发高压水直供技术，使喷射阀开关阀信号直接控制泵组升降速，进一步提高除鳞泵组响应速度，和蓄能水罐共同向除鳞集管供水，保证蓄能水罐机动水量和系统水压的持续稳定性。

（3）改造气缸杆和阀芯上下一体式的结构形式，采用压瓣式分体连接，并增加法兰盘定位;改造气缸杆与阀芯的压盖连接形式，使压盖螺栓不再直接承受阀径向力;改造阀芯上下不通的结构形式，消除阀芯运行中的径向倾斜力。以上技术改造，旨在提高阀芯运动过程中定位可靠性能，提高阀组使用寿命，降低高压密封损坏几率。

5.结语

通过对影响高压除鳞水系统压力稳定的因素进行探索攻关，打破常规，改变供水打压控制模式，开发高压水直供技术，提高供水响应速度以此弥补蓄能水罐机动供水能力的不足，并通过技术改造解决高压喷射阀组内泄漏泄压问题，实现了系统压力的快速补充和持续稳定，系统20MPa以上水压保持率由原来的70%提高至98%，满足了钢板除鳞需求，解决了高表面质量钢板生产瓶颈问题。

参考文献

[1]肖铁忠，等.高压水除鳞系统的设计及应用[J].锻压技术，2013（05）：155-161.

[2]李峰，等.中厚板生产高压水除鳞效果分析及基本参数设计[J].中国重型装备，2011（01）：4-6.

作者简介：柳洪胜（1973―），男，山东临沂人，大学本科，工程师，研究方向：设备管理。