一种威金斯式煤气柜运行系统及方法
技术领域
本发明涉及一种转炉煤气运行装置及方法，更具体地说，涉及一种威金斯式煤气柜运行系统及方法。
背景技术
转炉煤气是钢铁企业内部中等热值的气体燃料。可以单独作为工业窑炉的燃料使用，也可和焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气配合成各种不同热值的混合煤气使用。转炉煤气含有大量一氧化碳，毒性很大，在储存、运输、使用过程中必须严防泄漏。转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。回收的顶吹氧转炉炉气含一氧化碳60～80％，二氧化碳15～20％，以及氮、氢和微量氧。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡，成分也有变化。通常将转炉多次冶炼过程回收的煤气输入一个储气柜，混匀后再输送给用户。
目前国内转炉煤气均采用威金斯煤气柜进行煤气的回收，一个炼钢对应一座煤气柜或者两座煤气柜，在实际煤气柜的建造当中均采用两段式的威金斯煤气柜，其运行方法无外乎单独运行和两段式煤气柜的直列运行。近些年来，随着单段式煤气柜的优势体现的越来越明显，橡胶膜生产技术水平的提高，橡胶膜制造长度可达到27m，其主要受限于橡胶膜厂家的鄂式硫化机的硫化长度，而橡胶膜的强度难题已不再是限制性因素。
通过对煤气柜的运行方法的检索，目前发现有两段式煤气柜与单段式煤气柜的并联运行方式，但其中的内容描述只给出了煤气柜并联运行的大概，且在具体实行当中单段煤气柜的压力设定影响煤气柜的运行方式，即单段柜压力位于两段式柜压力之间和高于两段式最大压力，每一种的运行方式一旦设定不合理，容易导致煤气柜在实际运行当中频繁报警，甚至有些未考虑的因素会导致活塞冲顶和落底事故。针对现有技术的现状，本领域亟须一种单段式煤气柜，既可保留其在运行工艺中的结构优势，又能不再受建设柜容的限制，在实际中可以根据炼钢回收能力及加压站的压送能力，重新设计容量合理的煤气柜。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种威金斯式煤气柜运行系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种威金斯式煤气柜运行系统，包括：进气总管，煤气从进气总管进入；第一进气支管和第二进气支管，第一进气支管和第二进气支管为进气总管的分支管道；第一煤气柜和第二煤气柜，第一煤气柜连接第一进气支管，第二煤气柜连接第二进气支管；第一出气支管和第二出气支管，第一出气支管连接第一煤气柜，第二出气支管连接第二煤气柜；出气总管，出气总管为第一出气支管和第二出气支管的汇总管道；回流管道，回流管道分别连接第一煤气柜和第二煤气柜；合成管道，合成管道分别连接第一煤气柜和第二煤气柜。
进一步地，第一进气支管设有第一切断阀，第一切断阀设置于第一煤气柜的上游；第二进气支管设有第二切断阀，第二切断阀设置于第二煤气柜的上游。
作为本发明的一种实施方式，第一切断阀和第二切断阀的动作时间≤18s。
作为本发明的一种实施方式，还包括切断装置，切断装置设置于第一切断阀的上游，以及第二切断阀的上游。
作为本发明的一种实施方式，还包括切断装置，切断装置设置于第一切断阀和第一煤气柜之间，以及第二切断阀和第二煤气柜之间。
作为本发明的一种实施方式，还包括切断装置，切断装置设置于第一出气支管上，以及第二出气支管。
作为本发明的一种实施方式，还包括切断装置，切断装置设置于回流管道与第一煤气柜、第二煤气柜连接的管道上。
作为本发明的一种实施方式，还包括切断装置，切断装置设置于合成管道与第一煤气柜、第二煤气柜连接的管道上。
作为本发明的一种实施方式，切断装置为水封或盲板。
进一步地，第一煤气柜为双段式煤气柜，第二煤气柜为单段式煤气柜。
为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：
一种威金斯式煤气柜运行方法，包括：检测第一煤气柜的两个压力P1、P2和第二煤气柜的压力P3，并判断P1、P2、P3的压力大小；根据第一煤气柜和第二煤气柜的柜位调节第一切断阀和第二切断阀的开闭状态；在柜位上升过程和下降过程中通过第一煤气柜和第二煤气柜的柜位调节第一切断阀和第二切断阀的开闭状态。
作为本发明的一种实施方式，P1<P2<P3时，当第一煤气柜的柜位低于低柜位且第二煤气柜的柜位低于低柜位时，或者第一煤气柜的柜位高于高柜位时，第一切断阀关闭；反之，第一切断阀打开；当第一煤气柜的柜位高于低柜位且低于高柜位，同时第二煤气柜的柜位低于低柜位时，第二切断阀关闭；反之，第二切断阀打开。
进一步地，在上升过程中，第一煤气柜的柜位上升,直至高柜位；第一切断阀关闭；第二切断阀打开；第二煤气柜的柜位上升，直至高柜位。
进一步地，在下降过程中，第一煤气柜柜位下降到一定柜位，第一切断阀打开；同时第二煤气柜的柜位下降，直至低柜位；第二切断阀关闭；第一煤气柜的柜位下降，直至低柜位。
作为本发明的一种实施方式，P1<P3<P2时，当第一煤气柜的柜位低于低柜位且第二煤气柜的柜位低于低柜位时，第一切断阀关闭；反之，第一切断阀打开；当第一煤气柜的柜位高于低柜位且低于高柜位时，或者第二煤气柜的柜位高于高柜位时，第二切断阀关闭；反之，第二切断阀打开。
进一步地，在上升过程中，第一煤气柜的柜位上升,直至煤气柜压力变更点；第二煤气柜的柜位上升，直至高柜位；第二切断阀关闭；第一煤气柜的柜位上升,直至高柜位；第一切断阀保持不变。
进一步地，在下降过程中，第一煤气柜的柜位下降，直至煤气柜压力变更点；第二切断阀打开；第二煤气柜的柜位下降，直至低柜位；第二切断阀关闭；第一煤气柜的柜位下降，直至低柜位。
在上述技术方案中，本发明有利于煤气柜使用寿命的增加，并且使用更灵活。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明方法在一种工况下的控制流程图；
图3是本发明方法在另一种工况下的控制流程图；
图4是本发明方法中煤气柜活塞位置的高低柜位示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
针对现有技术中煤气柜在运行方法上存在的缺点，本发明提出一种包含两座煤气柜的运行系统及方法及运行的相关逻辑关系。
有鉴于此，本发明公开一种威金斯式煤气柜运行系统，如图1所示，该系统中有两个独立的煤气柜，分别是第一煤气柜7和第二煤气柜8。在本发明的一个实施例中，第一煤气柜7是双段式煤气柜，第二煤气柜8是单段式煤气柜。在本发明的另一个实施例中，第一煤气柜7是双段卷帘式煤气柜，第二煤气柜8是单段卷帘式煤气柜。在本发明其他的实施例中，第一煤气柜7和第二煤气柜8可以是其他类型的煤气柜。本领域的技术人员应当理解，上述第一煤气柜7和第二煤气柜8的具体选型只是本发明众多实施方式的其中之一，用以说明本发明的技术方案，而并非本发明的限制。本领域的技术人员还应当理解，上述“第一”、“第二”只是描述性的用语，用以区分两个煤气柜。在本发明的另一个实施例中，第一煤气柜7可以是主煤气柜、第二煤气柜8可以是副煤气柜。在本发明的其他实施例中，第一煤气柜7还可以命名为主运行柜，第二煤气柜8还可以命名为副运行柜。上述第一、第二，主煤气柜、副煤气柜，主运行柜、副运行柜的定义仅仅是本发明说明的便利，并非本发明对两个煤气柜的限制。
参照图1所示的系统结构，本发明的系统中含有多跟管道，将第一煤气柜7和第二煤气柜8连接起来并形成管道网络结构。在本发明的系统中，煤气首先由进气总管进入系统，而进气总管进一步分成两根支管，分别是第一进气支管和第二进气支管。第一进气支管和第二进气支管分别连接第一煤气柜7和第二煤气柜8，即第一煤气柜7连接第一进气支管，第二煤气柜8连接第二进气支管。本领域的技术人员应当理解，第一进气支管和第二进气支管只是一种命名方式，用于区分两根支管，而并非是对本发明的一种限制。在本发明的另一实施例中，可以由第一进气支管连接第二煤气柜8，并由第二进气支管连接第一煤气柜7。在本发明的其他实施例中，第一进气支管、第二进气支管还可以有其他的命名方式，均属于本发明的保护范围。
继续参照图1所示的系统结构，第一煤气柜7和第二煤气柜8的上游分别连接第一进气支管和第二进气支管，其下游分别连接第一出气支管和第二出气支管，即第一出气支管连接第一煤气柜7，第二出气支管连接第二煤气柜8。第一出气支管和第二出气支管在下游汇总成一根管道，即出气总管。本领域的技术人员应当理解，第一出气支管和第二出气支管只是一种命名方式，用于区分两根支管，而并非是对本发明的一种限制。在本发明的另一实施例中，可以由第一出气支管连接第二煤气柜8，并由第二出气支管连接第一煤气柜7。在本发明的其他实施例中，第一出气支管、第二出气支管还可以有其他的命名方式，均属于本发明的保护范围。
继续参照图1所示的系统结构，本发明的系统还包括回流管道和合成管道，回流管道分别连接第一煤气柜7和第二煤气柜8，合成管道也分别连接第一煤气柜7和第二煤气柜8。在具体连接结构上，如图1所示，回流管道先由一根回流总管进入，在其下游分成两根回流支管，这两根回流支管分别连接第一煤气柜7和第二煤气柜8。同样的，合成管道也是先由一根合成总管进入，在其下游分成两根合成支管，这两根合成支管分别连接第一煤气柜7和第二煤气柜8。图1的回流管道位于合成管道的左侧，但本领域的技术人员应当理解，图1所示仅仅用作表示回流管道、合成管道与第一煤气柜7、第二煤气柜8的连接方式，并非意味着回流管道、合成管道具体的位置。在本发明的另一个实施例中，回流管道可以位于合成管道的右侧。在本发明的其他实施例中，回流管道可以位于合成管道的上方、下方等，均可以实现本发明对回流管道、合成管道的作用，因此均属于本发明的保护范围内。
除了上述管道结构之外，本发明在管道上各处还设有多个阀门和切断装置。如图1所示，第一进气支管设有第一切断阀3，第一切断阀3设置于第一煤气柜7的上游；第二进气支管设有第二切断阀4，第二切断阀4设置于第二煤气柜8的上游。本领域的技术人员应当理解，第一切断阀3和第二切断阀4只是一种命名方式，用于区分两个阀门，而并非是对本发明的一种限制。在本发明的另一实施例中，可以由第一切断阀3连接第二煤气柜8，并由第二切断阀4连接第一煤气柜7。在本发明的其他实施例中，第一切断阀3、第二切断阀4还可以有其他的命名方式，均属于本发明的保护范围。作为本发明的另一种实施方式，第一切断阀3和第二切断阀4为蝶阀，作为该实施方式的其他变化，第一切断阀3和第二切断阀4可以是与蝶阀具有相同或类似作用的其他阀门。作为第一切断阀3和第二切断阀4的一种优选实施方式，第一切断阀3和第二切断阀4的动作时间≤18s。本领域的技术人员应当理解，第一切断阀3和第二切断阀4动作时间的选择只是一种优选方式，并非对本发明的一种限制。作为该优选实施方式的其他变化，第一切断阀3和第二切断阀4的动作时间可以有其他选择。
继续参照图1，除了第一切断阀3和第二切断阀4之外，本发明的系统中还设置了多个切断装置。在第一切断阀3的上游、位于第一进气支管上设置切断装置1，第二切断阀4的上游、位于第二进气支管上设置切断装置2。在第一切断阀3的下游、第一煤气柜7的上游、位于第一进气支管上设置切断装置5，在第二切断阀4的下游、第二煤气柜8的上游、位于第二进气支管上设置切断装置6。在第一煤气柜7的下游、第一出气支管上设置切断装置9，在第二煤气柜8的下游、第二出气支管上设置切断装置10。在回流管道的两根回流支管上分别设置切断装置13和12，切断装置13连接第一煤气柜7，切断装置12连接第二煤气柜8。在合成管道的两根合成支管上分别设置切断装置14和11，切断装置14连接第一煤气柜7，切断装置11连接第二煤气柜8。本领域的技术人员应当理解，上述各个切断装置的编号1、2、5、6、9、10、11、12、13、14仅用作区分各个切断装置与系统中其他部件的连接关系，而并非作为本发明的一种限制。在其他的实施例中，各个切断装置可以有不同的编号或命名方式。作为本发明的一种实施方式，切断装置1、2、5、6、9、10、11、12、13、14在南方无冰冻地区优先选用水封装置，水封靠近煤气柜侧安装有盲圈。作为本发明的另一种实施方式，切断装置1、2、5、6、9、10、11、12、13、14为盲板。
作为本发明的其他实施方式，煤气切断时可采用水封+盲板，入口管道可采用蝶阀+水封作为本发明系统的可靠切断。因此，作为本发明切断手段的实施方式之一，本发明可以采用的切断方式包括但不限于水封+阀门、阀门+阀门、水封+盲板。
考虑到炼钢煤气回收排风机的出口压力及管道的阻损，煤气柜的压力涉及范围在250mmH2O～360mmH2O，因此在转炉煤气系统中单段式煤气柜的压力设计时，往往在此之间范围考虑，即煤气柜的设计柜容不是没有上限的。有鉴于此，除了上述系统之外，本发明还公开一种威金斯式煤气柜运行方法，适用于本发明的威金斯式煤气柜运行系统之中。
本发明的方法首先检测第一煤气柜7的两个压力P1、P2和第二煤气柜8的压力P3，并判断P1、P2、P3的压力大小。在本发明中，将第一煤气柜的两个压力用P1、P2代替，P2-P1＝50mmH2O，将第二煤气柜压力用P3代替。在实际设计当中，根据使用需求，存在P1<P3<P2和P1<P2<P3两种情况。同时，需要考虑出口管道至加压站的压力损失，否则加压机的压送能力受到限制。第一煤气柜7、第二煤气柜8在运行过程中要有完善的运行逻辑关系，与阀门的开、闭状态，煤气柜的柜位、炼钢的回收信号等均存在紧密的联系。
针对上述的两种压力设定情况，并同时参照图2和图3，下面分别说明P1<P3<P2和P1<P2<P3两种情况下的威金斯式煤气柜运行方法。
作为本发明方法的第一种实施方式，如图2所示，在P1<P2<P3的情况下：
本发明先根据第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位调节第一切断阀3和第二切断阀4的开闭状态。
具体而言，当第一煤气柜7的柜位低于低低柜位L2且第二煤气柜8的柜位低于低低柜位L2时，或者第一煤气柜7的柜位高于高高柜位H2时，第一切断阀3关闭；反之，第一切断阀3打开。当第一煤气柜7的柜位高于低低柜位L2且低于高高柜位H2，同时第二煤气柜8的柜位低于低低柜位L2时，第二切断阀4关闭；反之，第二切断阀4打开。
在该实施例中，水封状态如图1所示，实心黑表示封水状态，反之表示水封开通状态。因此，如图1所示，切断装置1，2，5，6，9，13，14处于开通状态，切断装置10，11，12处于封水状态。第一煤气柜7和第二煤气柜8在投运初期均为手动状态控制阀门的开闭，将第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位升到低柜位报警以上位置，再投入直列运行。阀门状态第一切断阀3打开，第二切断阀4关闭。
其次，在柜位上升过程和下降过程中再通过第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位调节第一切断阀3和第二切断阀4的开闭状态。
具体而言，在上升过程中，第一煤气柜7的柜位上升,直至高高柜位H2。
第一切断阀3关闭。
第二切断阀4打开。
第二煤气柜8的柜位上升，直至高高柜位H2。此时，炼钢停止回收连锁启动，煤气放散。
在下降过程中，第一煤气柜7柜位下降到高柜位H1，第一切断阀3打开。同时第二煤气柜8的柜位下降，直至低低柜位L2。
第二切断阀4关闭。
第一煤气柜7的柜位下降，直至低柜位L1。此时，合成装置开，防止煤气柜柜位继续下降导致加压站跳机连锁启动。
图4示出了第一煤气柜7和/或第二煤气柜8中柜位的标识。如图4所示，在每一个煤气柜中均含有低低柜位L2、低柜位L1、高柜位H1、高高柜位H2。从图4可以看出，低低柜位L2、低柜位L1、高柜位H1、高高柜位H2在同一个煤气柜中由低到高依次排列。本领域的技术人员应当理解，低低柜位L2、低柜位L1、高柜位H1、高高柜位H2在图4中的标识仅仅用作说明其相互之间的位置关系，而并非具体限定了其位置。换句话说，只要是低低柜位L2、低柜位L1、高柜位H1、高高柜位H2由低到高依次排列，均属于本发明的保护范围之内，至于低低柜位L2、低柜位L1、高柜位H1、高高柜位H2具体位于煤气柜中的哪个位置，均不影响本发明技术方案的构成。
作为该实施例的一种优选实施方式，第一煤气柜7的H2设定要阈值不能过高，要考虑加上阀门动作期间煤气回收量，柜容仍要小于煤气柜安全防护的机械限位报警值，即炼钢停止煤气回收连锁柜位报警值。
作为本发明方法的第二种实施方式，如图3所示，在P1<P3<P2的情况下：
本发明先根据第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位调节第一切断阀3和第二切断阀4的开闭状态。
具体而言，当第一煤气柜7的柜位低于低低柜位L2且第二煤气柜8的柜位低于低低柜位L2时，第一切断阀3关闭；反之，第一切断阀3打开。当第一煤气柜7的柜位高于低低柜位L2且低于高高柜位H2时，或者第二煤气柜8的柜位高于高高柜位H2时，第二切断阀4关闭；反之，第二切断阀4打开。
在该实施例中，水封状态如图1所示，实心黑表示封水状态，反之表示水封开通状态。因此，如图1所示，切断装置1，2，5，6，9，13，14处于开通状态，切断装置10，11，12处于封水状态。第一煤气柜7和第二煤气柜8在投运初期均为手动状态控制阀门的开闭，将第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位升到低柜位报警以上位置，再投入直列运行。因此，直列运行的初始状态可设置为第一切断阀3、第二切断阀4均为打开状态。
其次，在柜位上升过程和下降过程中再通过第一煤气柜7和第二煤气柜8的柜位调节第一切断阀3和第二切断阀4的开闭状态。
具体而言，在上升过程中，第一煤气柜7的柜位上升,直至煤气柜压力变更点V。
第二煤气柜8的柜位上升，直至高高柜位H2。
第二切断阀4关闭。
第一煤气柜7的柜位上升,直至高高柜位H2。此时，炼钢停止回收连锁启动，煤气放散。
第一切断阀3保持不变。
在下降过程中，第一煤气柜7的柜位下降，直至煤气柜压力变更点V。
第二切断阀4打开。
第二煤气柜8的柜位下降，直至低低柜位L2。
第一煤气柜7的柜位下降，直至低柜位L1。此时，合成装置开，防止煤气柜柜位继续下降导致加压站跳机连锁启动。
作为该实施例的一种优选实施方式，第一煤气柜7的H2设定要阈值不能过高，要考虑加上阀门动作期间煤气回收量，柜容仍要小于煤气柜安全防护的机械限位报警值，即炼钢停止煤气回收连锁柜位报警值。
与上一实施例及图4所示相同，本领域的技术人员应当理解在，本实施例中，H2、H1、L1、L2仅仅用来表示煤气柜不同的高低柜值，并不必然暗示两者柜位的高低。在本发明的其他实施例中，H2、H1、L1、L2可以有其具体的取值范围。
综上所述，随着单段式威金斯煤气柜的出现，使得煤气柜直列运行的方式发生了变化，单段式煤气柜的设计压力可以自由匹配两段式煤气柜的压力，单段式威金斯煤气柜压力稳定，避免了活塞挡板与二段的T型挡板之间的碰撞风险，如接触部位的支架变形。同时，单段式的密封处始终处于受压状态，不会出现两段式中橡胶膜频繁上下拉伸的现象，保护了橡胶膜最薄弱的部位，有利于煤气柜使用寿命的增加。为此，本发明同样可应用在两段式威金斯柜，单独利用其上段或下段的空间，使用更灵活。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
