高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰清除爆破

2016-08-01马国强曹国林熊道社

现代矿业 2016年6期

关键词：环缝塔内药包

马国强　曹国林　熊道社

(1.安徽江南爆破工程有限公司；2.马钢集团设计研究院有限责任公司)

高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰清除爆破

马国强1曹国林2熊道社1

(1.安徽江南爆破工程有限公司；2.马钢集团设计研究院有限责任公司)

摘要马钢新区A#、B# 2座4 000 m3高炉的煤气除尘系统采用技术先进的湿法环缝洗涤工艺，取得了较好的经济效益和社会效益，但在运行过程中，系统主体设备(环缝洗涤塔)的预清洗段内腹壁上均会出现不同程度的类似高炉炉瘤的积灰，当其累积到一定程度时，既影响了高炉煤气的除尘效果，又影响了进入塔内检修人员的安全，难以进行人工清除。对此，采用爆破法清除内腹壁积灰，对采用的布孔、钻孔、隔热药包制作、装药、填塞、起爆网路等工艺流程及施工方法进行了详细分析，实践效果显著，有一定的推广应用价值。

关键词高炉煤气除尘环缝洗涤塔积灰清除爆破

马钢新区A#、B#2座4 000m3大型高炉分别于2007年2月和5月投产，高炉煤气除尘系统采用湿法环缝洗涤工艺。该除尘系统的主体设备(环缝洗涤塔)在运行过程中，其预清洗段的30～33m平台处内壁上时常出现不同程度的类似高炉炉瘤的积灰，至2014年，积灰厚约0.5m，严重影响了洗涤塔的除尘效果。由于积灰所处位置较高，与塔体结合较紧密，并且硬度大，人工无法清理。后经多方论证，参照高炉炉瘤的处理方法，采用爆破方法清除积灰。

1工程概况

1.1洗涤塔塔体结构

环缝洗涤塔本体为自立式焊接结构，由上至下可分为3段：上段为预清洗段，中段为环缝洗涤段，下段为设备驱动及执行机构。环缝洗涤塔总高度37.75m，其壳体由16～20mm厚的钢板焊接而成，预清洗段直径5.5m，高度11m；精洗段直径8.5m。塔体外观及内结构见图1。

1.2爆破对象及成因

高炉煤气清洗系统的主要任务是使煤气质量(含尘量、含水量和煤气温度)达到煤气输送和煤气用户使用的要求，其工艺流程为来自高炉的荒煤气(温度180～250 ℃)经重力除尘器脱除大颗粒灰尘，以顺流方式进入环缝洗涤塔，经预洗涤器进行一次水喷淋清洗，去除煤气中较粗的颗粒，产生半净煤气(此时煤气温度降至约60 ℃)，经环缝洗涤器接受二次喷淋清洗、除湿后，煤气流出环缝洗涤塔，整个清洗过程完成。

图1　环缝洗涤塔外观及结构

来自高炉的荒煤气经粗除尘后进入洗涤塔时，将大量炉尘、煤气中煤粉喷吹的杂物(如氯化物、氟化物、氨、硫、未燃烧的碳及大量碳酸盐等)带入洗涤塔。由于在洗涤塔入口的扩径段同时存在干、湿区域以及过渡区，因而该处洗涤塔内腹壁在一定的操作条件下会附存大量灰尘，经长期积累形成积灰。积灰的形状类似环状的高炉炉瘤，具有较高的温度，成分复杂，致密、坚硬，强度相当于普通混凝土，水分含量较高。

1.3周围环境

环缝洗涤塔紧邻高炉、热风炉等设备及生产设施，四周及上方还分布有各类动力介质管道，周围环境十分复杂。

1.4工程要求

须保证塔壳钢板、内部喷嘴、环缝洗涤装置、设备驱动及执行机构等关键部位完好无损，且不影响位于塔体四周的其他生产设备的运行，同时确保各类动力介质管道及人员的安全。

2爆破设计及施工

2.1爆破设计

2.1.1爆破方案

积灰清除作业是在检修初期进行，由于检修工期的要求，设备停止运转后，随即开始爆破施工作业，因此，塔内温度及煤气浓度均较高，人员无法进入塔内进行施工作业。据此情形，并参照高炉炉瘤爆破的施工经验，首先在洗涤塔外破坏塔壳钢板，然后在露出的积灰上钻孔，最后在塔内实施松动爆破的方案[1-5]。

洗涤塔内腹壁积灰爆破相当于在基本封闭的空间中进行，除利用炸药爆炸瞬间所产生的高压冲击及劈裂作用直接破碎积灰外，还同时利用了爆破有害效应中的爆破振动和爆破冲击波。积灰在各种能量的共同作用下，与塔体内壁分离，利用其自身重量脱落至塔内金属格栅上，并自行破碎。与此同时，运用爆破的等能原理、微分原理及防护原理，将施工过程中的各种爆破有害效应控制在允许范围内，对洗涤塔本体和周围环境不造成任何破坏性影响。

2.1.2爆破参数2.1.2.1炮孔参数

由于采用破坏塔壳钢板的钻孔爆破方案，因此，炮孔孔距、排距的确定，既涉及到塔壳表面钢板的破坏面积，同时也决定着是否能确保一次炸落全部积灰。为此，参照高炉炉瘤的爆破施工经验，依据积灰形态，初步判定积灰吸附性质，按如下原则确定炮孔参数：炮孔间距约为积灰厚度的3倍(经验参数)，炮孔深度约为积灰厚度的2/3，为保证不损伤塔壳钢板，药包与塔身内壁的最小距离不得小于10cm。

2.1.2.2炮孔布置

通过洗涤塔检修孔观察到的积灰形态呈“环形”，厚度变化较小(约40～50mm)，垂直高度约2m。根据其特点，采用在积灰所处位置的塔体外表面沿环向、纵向全面布孔的方案。环向每圈布置9个炮孔，纵向由上至下布置3排，排间炮孔交错布置(梅花形)，炮孔倾角为垂直塔体外表面，炮孔布置方式见图2。

2.1.2.3装药参数

依据工程要求及采用的爆破方案，参照高炉炉瘤爆破施工经验，结合积灰的材质特性、结构特征、自由面、吸附状态等因素，本研究设计的孔网参数及装药参数见表1。

表1　爆破参数

2.1.3爆破器材选择

炸药采用普通粉状乳化炸药卷，雷管采用普通导爆管雷管，主要辅助材料有隔热用耐高温纸管及石棉布等。

2.2爆破施工

2.2.1钻眼

破坏壳体钢板采用气割方式，积灰钻孔采用电锤，钻头为螺旋型，直径36～42mm。在塔体外表面布孔位置首先用乙炔气割割除1块直径约50mm的圆形塔壳钢板，待积灰露出后，用电锤在积灰上钻出直径约42mm的钻孔；然后用铁钎将钻孔直径扩至50mm左右(便于安放隔热药包)(图3)。

图3　塔壳钢板切割

2.2.2隔热药包制作

用耐火的石棉布、石棉绳以及其他耐热材料将药包(按设计药量分好的粉状乳化炸药卷)和导爆管雷管包裹或包缠。石棉层的厚度一般3～5mm，装入炮孔前在石棉层上均匀涂1层厚1～1.5mm的耐热泥浆或黄泥浆。隔热药包形式见图4。

图4　隔热药包及装药结构

2.2.3装药及填塞

(1)装药。将制作的隔热药包放入炮孔内，同时在塑料导爆管雷管上套1根炼钢测温用耐热纸管，纸管的一端紧贴药包，另一端出露至塔壳外。纸管的作用是保护炮孔内及孔口附近的塑料导爆管不被高温积灰及塔壳钢板烫坏。

(2)填塞。为防止冲孔及保证爆破效果，填塞材料采用高炉用耐火泥。装药完毕后立即将整个炮孔密实填充，耐热纸管管口也应用炮泥封实。装药结构及填塞方式分别见图4、图5。

图5　炮孔布置、装药及填塞情况

2.2.4起爆网路

采用普通塑料导爆管起爆系统，网路连接方式为簇-并联。2座环缝洗涤塔设计炮孔总数均为27个(3排，每排9个)，3排炮孔分成5段起爆，每个起爆段炮孔内分别装ms-1、ms-3、ms-5、ms-7、ms-9段雷管，平均每段雷管起爆5～6个炮孔，同段雷管汇集成1簇，用双发雷管作起爆源，直至最后汇集成1束，用起爆枪起爆。

2.3爆破安全措施

(1)爆破作业开始前，塔内温度降至60 ℃以下，应尽可能排净塔内残余的高炉煤气，使单位面积含量低于可燃、可爆及危及人身安全的临界值，并随时监测作业场所的高炉煤气浓度。

(2)由于塔壳钢板及积灰温度较高，洗涤塔内也可能存在未完全排净的高炉煤气，因此，爆破施工作业时的具体要求有：①对炸药、导爆管雷管进行隔热保护；②快速装药、快速堵塞、快速撤至安全地点和快速点火；③控制药量和同段雷管起爆的炮孔数、控制爆破地震作用及飞石等；④防阻塞、防毒气、防拒爆、防火灾。

(3)由于爆破施工属于高空作业，因此，在生产设备运行停止后，须将现场杂物清理干净，同时加强照明，作为上下通道的钢制螺旋扶梯须确保畅通。

(4)为防止碎块飞散物，洗涤塔的所有开口须用双层竹笆进行捆绑防护，将碎块飞散控制在洗涤塔内。

2.4爆破效果

A#、B#2座洗涤塔的积灰情况基本一致，均一次爆破完成，爆后产物均控制在塔内，洗涤塔壳体未出现任何微裂和变形，周围其他保护对象亦无恙，均达到了预期效果。B#塔爆破时，根据A#塔爆破取得的经验，孔距由1.9m减小至1.2m，起爆网路由分5段起爆改为齐发爆破，效果明显优于A#塔。

3讨论

(1)洗涤塔内腹壁积灰类似于高炉炉瘤，较坚硬，无法人工处理，但两者与设备本体的吸附方式具有本质区别，高炉炉瘤和耐火材料有溶蚀现象，结合较紧密，但积灰直接附于洗涤塔壳体钢板上，后者较前者易于与吸附对象分离。

(2)无需密集布孔，仅需确保孔距在合理范围内，即可将积灰全部脱落，孔网参数无规律可循，基本依靠实践经验总结。

(3)齐发爆破产生的振动及爆破冲击波对洗涤塔本体无任何影响(锥体、传动装置等)，但却有益于积灰的脱落及破碎。积灰虽然坚硬，但由于水分含量较高，因此，爆破后易松散，基本不产生碎块飞散，因此爆破法可作为安全、高效清除高炉煤气环缝洗涤塔内腹壁积灰的方法之一。

参考文献