浅析高压水系统管路的振动

详细内容

1 概述
 济南钢铁集团总公司中板厂(简称济钢中板厂)在1988年四辊轧机改造工程中,配备了一套高压水粗除鳞系统(如图1所示),主要用于轧前加热钢坯的粗除鳞,以消除由于氧化铁皮造成的钢板表面麻点。该系统采用3台卧式三柱塞高压水泵,型号3W-2B5,流量为1050L/min,工作压力为16MPa。由于钢坯“过烧”造成氧化铁皮太厚、低合金钢坯氧化铁皮粘结力大导致高压水除鳞不彻底。经过技术改造,采用3台型号为3W-1BZ2、流量为1050L/min、工作压力为25MPa的卧式三柱塞高压水泵,提高了高压水系统的压力,加大了高压水的除鳞能力,解决了低合金钢板等的除鳞不净问题,提高了钢板的表面质量。1996年济钢中板厂又上了1套高压水精除鳞系统,采用同类型的3台卧式高压水泵、1个高压水罐、2个高压气罐;济钢(马来西亚)钢板有限公司高压水系统也采用同类型3台卧式高压水泵、1个高压水罐、3个高压气罐。上述系统在长期的运行中,尤其当除鳞结束、喷射阀关闭时,由于“水锤现象”引起管路振动经常造成管路裂纹、管夹螺丝松动甚至管夹基础破坏等,严重影响了生产的正常进行。解决该问题的关键是减小“水锤现象”引起的振动。

1 高压水泵 2 循环阀 3 高压水罐 4 最低液面阀
5 高压气罐 6 气体压缩机 7 喷射阀
2 原因分析
(1)济钢中板厂高压水粗除鳞系统,由于是改造工程而使管路布置存在缺陷,泵站至喷射阀距离长,共有3个直角弯,增加了高压水的压力损失,加大了管路的振动。
(2)高压水系统高压水罐和高压气罐的数量与比例不当,也导致管路的振动大。一般采用1个高压水罐和2～3个同体积的高压气罐,每次除鳞使罐内机动容积变化较大而引起管路压力波动大,造成管路的振动。
(3)喷射阀单一主阀开关的结构,易产生较大的“水锤现象”引起管路的振动。喷射阀结构见图2。

(4)高压水系统高压水泵为三柱塞结构,依靠柱塞在泵体内的往复运动,吸排水阀的开关使低压水断续地变成高压水,由于高压水压力波动而引起管路振动。
(5)高压水系统采用高压水罐水位控制水泵循环阀的开关,即水位达到设定位置,循环阀开启,泵处于循环状态;当水位低于最低液位时,泵开始打压。循环阀的开与关造成“水锤现象”而引起管路的振动。
3 改进措施
针对上述前3个问题,在1997年设计济钢中厚板高压水系统时,采取了以下措施:
(1)针对济钢中板厂高压水粗除鳞系统管线长、直角弯较多的情况,后建的3套高压水系统的泵站设在除鳞点附近,采用直线或曲率半径大的弯管输送,减小了管路的压力损失,降低了管路的振动。
(2)采用大容量蓄势器,增加蓄气罐与蓄水罐的比例。济钢中厚板厂高压水系统采用2个6m3蓄水器和4个6m3高压气罐,加大了蓄水罐与蓄气罐之间的通气管,增加了水的机动容积和高压气的补充能力,减小了罐内及管路的水压波动,从而降低了管路的振动。
(3)将蓄势器安装在喷射阀附近,蓄势器充分发挥吸收水压波动的能力,减小了“水锤现象”引起的管路振动。
(4)喷射阀的结构如图3所示,采用自平衡式液压锥阀,其工作原理为:液压缸带动导阀上升,主阀上腔水放入出水管中,同时主阀上腔压力降低,导阀开启3~5mm后带动主阀开启,使高压水进入出水管经除鳞喷嘴进行除鳞。当油缸下降时,先将导阀关闭,主阀上腔压力逐渐增加,在油缸推力和主阀上腔压力的共同作用下,将主阀关闭,从而截断高压水停止除鳞。由于开启时小流量充填出水管,然后大流量高压水通过,减少了管路的振动。

图3 带导阀的喷射阀结构
1 油缸 2 接手 3 阻尼孔 4 导阀
4 使用效果 5 阀体 6 主阀
 通过采取上述改进措施,新上的济钢中厚板厂高压水系统投用两年来,管路振动小,运转平稳,提高了系统的安全可靠性和作业率,达到了稳定彻底除鳞的目的,具有一定的推广价值。鉴于济钢中厚板厂高压水系统的成功经验,对上述3套高压水系统进行了改造,系统投用率大幅上升。据统计,济钢中板厂高压水粗除鳞系统改造前投用率为85.7%,因麻点引起的废品为265.82t/a,改造后系统投用率达到100%,无因麻点引起的废品,由此济钢中板厂年增效益为61万元。如果考虑其余3套系统,经济效益更为可观。
 由于及时总结和推广了高压水系统的改造经验,济钢的4套高压水系统运行平稳,管路振动得到有效控制,取得了较好的经济效益。在今后的高压水系统技术改造中,还将采用多级离心泵,其原理为:低压水进入高速转动的叶轮处,在离心力作用下逐级增压,连续不断地经ARC阀送出或小流量循环。系统不设循环阀,相对柱塞泵可以减小管路的振动,提高供高压水量,使高压水系统运行更平稳,达到彻底除鳞提高钢板表面质量的目的。