提高溢流文氏装置使用寿命的实践

摘要： 对昆钢炼钢厂50t转炉除尘系统溢流文氏装置管壁容易损坏而漏水的原因进行分析，确定溢流文氏装置设计改进方案，设计改进后的溢流文氏管使用效果达到预期目标，能够保障转炉除尘系统的正常运行，提高了文氏管的使用寿命。

Abstract： The reasons of leaking easily damaged by overflow venturi tube of 50t converter dust removal system in Kunming Iron and Steel steelworks were analyzed， and improvements program of the overflow venturi device design was determined， which achieves anticipated targets， protects the normal operation of the converter dust removal system， and improves the life of the venturi tube.

关键词： 溢流文氏管；法兰；改进

Key words： overflow venturi tube；flange；improvement

中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）33-0027-03

1 概述

昆钢炼钢厂三座50t转炉一次除尘采用OG湿式除尘法除尘，转炉各项经济技术指标达到和超过预期目标，溢流文氏管是关键的除尘设备，主要起降温和聚尘作用，由于转炉工艺设置的特殊性——转炉烟气温度较高，溢流文氏管的收缩管部分容易烧损而变形漏水，而转炉烟气含CO煤气成分较高，转炉煤气无色、无味，对人的危害性较大；溢流文管氏体积较大，在厂房塔楼内安装位置特殊，要更换收缩管很困难，有必要对溢流文氏管设计结构进行改进，以满足转炉作业率越来越高的要求。另外，溢流文氏管的运行好坏对转炉一次除尘效果、煤气回收质量、人身安全有直接的影响。

2 损坏情况及处理方法

溢流文氏管示意图（见图1）。

溢流文氏管装置由水冷夹套、溢流装置、收缩管、固定候口、扩散管组成，转炉烟气温度高达800℃－1100℃，当转炉烟气流经溢流文氏管收缩段时，烟气的流速急剧加快，容易造成收缩管及固定喉口烧毁而变形发生漏水，我厂三个转炉的溢流文氏管使用时间均不到一年就发生收缩管变形漏水现象，我们采用补焊和贴钢板补焊的方式对收缩管进行维护检修；由于溢流文管氏体积较大，在厂房塔楼内安装位置特殊，其上部连接烟道Ⅲ段、下部连接喉口扩散管，烟道Ⅲ段、喉口扩散管均已经固定，所以平时不能更换损坏的收缩管，只有等到更换转炉Ⅲ段烟道（大约3年周期）时，才能更换溢流文氏管的收缩段，更换收缩段时，溢流装置只有破坏性拆出，浪费较大；另外根据转炉除尘工艺要求，在转炉冶炼过程中收缩管内三个螺旋喷头必须时时保证较好的喷水效果，使烟气与水进一步雾化，才能很好的起到降温、粗除尘净化转炉烟气的效果；当喷头堵塞时，必须人工将喷头连接管及装卸孔装置逐个拆出，才能对喷头进行疏通，需要的时间较长，工人劳动强度大，很大程度上影响转炉作业率。

3 溢流文氏管改造

3.1 设计方案 结合实际情况，①将收缩管材质Q235改为16Mn，收缩管管壁厚8mm改为20mm；②在保证喷头位置定位尺寸情况下，将收缩管上三个喷头装置由活动式的改为管道固定焊接在收缩管上，在收缩管下部设计一人孔装置（喷头附近），当需要检查喷头堵塞情况时，只须拆开人孔装置就可以检查、疏通喷头；③在溢流盆底板下部收缩管上增加一对大法兰，法兰材质为Q235，法兰结构形式采用平焊任意式法兰，外部直径为∮1855mm，考虑到

转炉烟气煤气含量较高，属于易燃、易爆和有毒介质，法兰密封面采用榫槽压紧面，上法兰密封面由两个宽6mm、高2mm凸圈组成，下法兰密封面由两个宽10mm、高8mm凹圈对应组成，密封材料采用10mm×10mm油浸石棉盘根进行密封，法兰与收缩管采用焊接方法焊接。

改造后收缩管装配图见图2。

3.2 强度验算 从钢结构专业知识可知，在设计法兰时，除考虑法兰的刚度外，还必须考虑强度、整体稳定及局部稳定。要求在载荷作用下，法兰的断面弯曲应力不大于规定的容许弯曲应力，法兰根部不会发生局部弯曲乃至断离现象。

上部收缩管法兰见图3、下部收缩管法兰见图4。

法兰材质：Q235

锥管材质：16Mn

螺栓材质：Q235

烟气介质最大压力P：0.035MPa

烟气介质温度：850℃

由手册查的设计法兰有关数据：许用弯曲应力﹝σW﹞=107Mpa

设计法兰受力图见图5、6。

操作下总作用力：

Q=QDJ+QDF+QDT 112703.8N

式中：QDJ——密封处介质作用力N

QDF——密封件上密封力N

QDT——密封件弹性力N

QDJ＝∏/4·D2DPP 81755.3N

DDP——密封件平均直径1725mm

QDF＝2∏DDPBNMDPP 14597.5N

BN——密封件有效宽度 14mm

（密封件密封宽度32，2.53×320.5计算）

MDP——密封件系数2.75

QDT＝ηQDJ 16351N

η——系数0.2

3.2.1 上部法兰Ⅰ-Ⅰ断面弯曲应力公式：

σW1＝Ql1/W1 12.43 MPa

式中：Q——总作用力N；

l1——力臂（D1-DM）/2 74.5mm；

D1——螺栓孔中心圆直径1795mm；

DM——法兰根直径1646mm；

W1——断面系数mm3

W1＝1/6·∏DMh2 675342.83mm3

h法兰厚度28mm

上部法兰Ⅱ-Ⅱ断面弯曲应力公式：

σW2＝0.4Q l2/W2 11.2MPa

式中：l2——力臂l2 =l1+（DM-DN）/4 84.5mm；

DN——法兰内直径 1606 mm；

W2——断面系数mm3

W2＝∏/6·（DM＋DN）/2·[（DM- DN）/2]2 340376mm

σW1＝12.43 MPa

3.2.2 下部法兰Ⅰ-Ⅰ断面弯曲应力公式：

σW1＝Ql1/W1 11.1MPa

式中：Q——计算载荷N；l1——力臂（D1-DM）/2 85.5mm；D1——螺栓孔中心圆直径1795mm；DM——法兰根直径1624mm；W1——断面系数mm3；W1＝1/6·∏DMh2 870290.8 mm3；h——法兰厚度 32mm。

下部法兰Ⅱ-Ⅱ断面弯曲应力公式：

σW2＝0.4Q l2/W2 12.8MPa

式中：l2——力臂l2=l1+（DM- DN）/4 95.5mm；DN——法兰内直径 1584 mm；W2——断面系数mm3；W2＝∏/6·（DM＋ DN）/2·[（DM- DN）/2]2 335770.7mm；σW1＝11.1MPa

经过计算，法兰厚度分别按32mm、28mm进行设计，法兰的两个断面局部承压强度、抗弯强度、整体稳定性均得到保证。

4 改造后预期效果

①收缩管壁厚加大后，延长了收缩管的使用寿命。

②缩短了疏通喷头的时间，当喷头有堵塞现象发生时，只须拆出人孔盖板，就可以对三个喷头进行疏通维护，保证了转炉除尘的正常运行。

③收缩管段与改为法兰连接，若收缩管、喉口磨损，更换易损件而不必更换整套溢流文氏装置，节约了生产成本（每套溢流文氏管装置备件费15万元）。

5 使用效果

改造制作后的溢流文式管装置于2008年初先后运用到三座50t转炉一次除尘系统上，至2012年5月已有4年的时间，收缩管变形漏水现象未发生，达到了预期使用效果，改造设计是成功。

6 结论

综合上述，良好的设备状态，是保证生产顺行的必要条件，通过对现有设备的改造，提高设备的使用周期，提高转炉一次除尘的质量，满足不断加快节奏转炉冶炼，提高了产量。随着生产的发展，现有的方式还会存在不足，我们将对所出现的问题不断进行改造，以适应生产的发展。

参考文献：

[1]徐灏.机械设计手册.第四卷.北京：机械工业出版社，1992年.

[2][苏]A.A沃洛希恩.T.T洛里戈尔耶夫.法兰连接设计计算手册.第二版.北京：化学工业出版社，1984年.

[3]转炉烟气净化与回收工艺.冶金工业出版社，1978年.

[4]陆培文.实用阀门设计手册.北京：机械工业出版社，2007年.