Система охолодження металургійного агрегату

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії, а саме - до конструкції системи охолодження металургійного агрегату. Система містить охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, бак, який розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баці, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баці і теплообмінник. При цьому систему обладнано спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, а відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баці. Спільний роздавальний колектор розділений запірною арматурою на всмоктувальну ділянку і напірну ділянку. Всмоктувальна ділянка з'єднана з циркуляційним насосом і баком, а напірна ділянка з'єднана з напірним магістральним UA 102519 C2 (12) UA 102519 C2 трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження. Бак обладнаний патрубком для випуску пари, на якому встановлена запірна арматура. Винахід забезпечує підвищення надійності та ефективності охолодження металургійного агрегату, як при його нормальній роботі, так і в аварійному режимі при вимкненому електроживленні. UA 102519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Об'єкт, що заявляється, належить до галузі чорної металургії та може бути використаний для охолодження металургійних агрегатів, наприклад доменних печей, нагрівальних печей штовхального типу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до об'єкта, що заявляється, є вибрана система охолодження доменної печі, що містить секції охолодження, кожна з яких складається з охолоджуваних зон, які з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами секцій охолодження. Відвідні колектори кожної секції охолодження з'єднані з відвідними трубопроводами. Ця система охолодження доменної печі обладнана збірним колектором нижньої зони охолодження та збірним колектором верхньої зони охолодження. При цьому збірний колектор нижньої зони охолодження з'єднаний відвідним трубопроводом з підвідним колектором верхньої зони охолодження. Збірний колектор верхньої зони охолодження з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом через циркуляційний насос з напірним магістральним трубопроводом. Система також обладнана баком, який розташований вище відвідних колекторів верхньої зони охолодження та з'єднаний зі всмоктувальним магістральним трубопроводом; теплообмінником, який встановлений на всмоктувальному магістральному трубопроводі; пристроєм для поповнення води, з'єднаним електроавтоматикою з датчиком рівня води в баці; пристроєм для створення підвищеного тиску газу в баці (патент UA № 76652, С2, 15.08.2006). У системі охолодження металургійного агрегату, що заявляється, і вибраного найближчого аналога співпадають такі суттєві ознаки. Обидві системи містять охолоджувану секцію, яка складається із зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, бак, що розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баці, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баці і теплообмінник. Аналіз технічних властивостей найближчого аналога, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при його використанні перешкоджають наступні причини. Охолодження металургійного агрегату недостатньо надійне та ефективне через те, що температура охолоджуваної води, що подається в кожну зону охолодження кожної охолоджуваної секції, неоднакова. У кожну наступну зону охолодження даної охолоджуваної секції подається вода вже нагріта в попередній зоні охолодження, через що при порушенні роботи в одній зоні охолодження порушується робота всієї системи охолодження металургійного агрегату. При цьому витрата охолодної води в кожній охолоджуваній зоні при послідовному охолодженні водою всіх охолоджуваних зон однакова, що ускладнює забезпечення ефективного охолодження зон, що перебувають у різних температурних умовах. Крім того, при виході з ладу циркуляційного насоса система охолодження в аварійному режимі не працює, а утворення в охолоджуваних елементах парів води може призвести до руйнування всієї системи охолодження металургійного агрегату. В основу об'єкта, що заявляється, поставлено задачу створити таку систему охолодження металургійного агрегату, в якій удосконалення шляхом введення нових елементів і нових зв'язків між елементами дозволить при використанні об'єкта забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності та ефективності охолодження металургійного агрегату. Система охолодження металургійного агрегату, що заявляється, містить охолоджувану секцію, яка складається із зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, бак, який розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баці, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баці і теплообмінник. Відмітною рисою системи охолодження металургійного агрегату, що заявляється, є наступне. Система охолодження металургійного агрегату, що заявляється, обладнана спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження. При цьому відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баці. Спільний роздавальний колектор розділений запірною арматурою на 1 UA 102519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 всмоктувальну ділянку та напірну ділянку, при цьому всмоктувальна ділянка з'єднана з циркуляційним насосом і баком, а напірна ділянка з'єднана з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження. Бак обладнаний патрубком для випускання пари, на якому встановлена запірна арматура для забезпечення роботи системи охолодження в аварійному режимі з випарним охолодженням. В окремих випадках виконання система охолодження металургійного агрегату, що заявляється, характеризується тим, що: - об'єм бака до рівня, що відповідає нормальному рівню води, визначений з умови забезпечення заданої тривалості роботи системи в аварійному режимі з використанням випарного охолодження з природною циркуляцією; - теплообмінник встановлений на напірному магістральному трубопроводі. При використанні об'єкта, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні надійності та ефективності охолодження металургійного агрегату. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Обладнання системи охолодження спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, з'єднання відвідних колекторів кожної зони охолодження з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баці, забезпечує паралельну (а не послідовну) подачу охолодженої в теплообміннику води до всіх зон охолодження та вирівнювання тиску і температури охолоджуваної води, яка надійшла в бак через відвідні трубопроводи від всіх охолоджуваних зон, перед новим циклом подачі води з бака в спільний роздавальний колектор. При цьому температура охолоджуваної води, що подається в кожну зону охолодження охолоджуваної секції, буде однакова, і порушення роботи в одній зоні охолодження не буде порушувати роботу всієї системи охолодження металургійного агрегату. Крім того, при паралельному проходженні водою всіх охолоджуваних зон можна задати різну витрату охолодної води в кожній охолоджуваній зоні, що полегшує забезпечення ефективного охолодження зон, які перебувають у різних температурних умовах. Розподіл спільного роздавального колектора забезпечений запірною арматурою на всмоктувальну ділянку та напірну ділянку, при цьому всмоктувальна ділянка з'єднана з циркуляційним насосом і баком, а напірна ділянка з'єднана з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження; обладнання бака патрубком для випуску пари та встановленою на ньому запірною арматурою для роботи системи в аварійному режимі з випарним охолодженням, забезпечує можливість роботи системи в аварійному режимі з використанням випарного охолодження з природною циркуляцією при знеструмленні системи (відключенні циркуляційного насоса) шляхом повернення в бак пароводяної суміші, яка утворилася в охолоджуваних елементах, завдяки різниці питомих ваг води та пароводяної суміші, відведення пари з бака та повернення води самопливом з висоти розташування бака в охолоджувані елементи. Необхідний аварійний запас хімічно очищеної води в баці, який відповідає нормальному рівню води, визначають з умови забезпечення заданої тривалості роботи системи в аварійному режимі з використанням випарного охолодження з природною циркуляцією. Наприклад, для забезпечення охолодження в аварійному режимі однієї секції доменної печі № 3 ВАТ "ЄМЗ" з використанням випарного охолодження з природною циркуляцією протягом двох годин 3 розрахунковий об'єм води в баці становить близько 20 м . Встановлення теплообмінника на напірному магістральному трубопроводі (а не на відвідному магістральному трубопроводі) забезпечує зниження робочого тиску в баці, що сприяє зменшенню металоємності бака, підвищенню безпеки роботи системи та зменшенню насичення охолодної води газом у баці. Суть об'єкта, що заявляється, пояснюється кресленням (Фіг.), на якому зображена принципова схема системи охолодження такого металургійного агрегату, як доменна піч, з зображенням чотирьох зон охолодження однієї з охолоджуваних секцій доменної печі. На представленій принциповій схемі системи охолодження доменної печі, що заявляється, позиціями позначені такі елементи: 1 - нижня зона охолодження; 2 - середня зона охолодження; 3 - верхня зона охолодження; 4 - зона підподового охолодження; 5 - підвідні колектори; 2 UA 102519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 6 - відвідні колектори; 7 - підвідні колектори; 8 - відвідні колектори; 9 - підвідні колектори; 10 - відвідні колектори; 11 - підвідний колектор; 12 - відвідний колектор; 13 - спільний роздавальний колектор; 14 - всмоктувальний магістральний трубопровід; 15 - напірний магістральний трубопровід; 16 - відвідний трубопровід; 17 - відвідний трубопровід; 18 - відвідний трубопровід; 19 - відвідний трубопровід; 20 - бак; 21 - спільний підвідний трубопровід; 22 - циркуляційний насос; 23 - пристрій для поповнення води; 24 - клапан; 25 - датчик рівня води; 26 - пристрій для створення підвищеного тиску газу; 27 - клапан; 28 - теплообмінник; 29 - нормальний рівень води в баці; 30 - запірна арматура (зворотний клапан); 31 - всмоктувальна ділянка спільного роздавального колектора; 32 - напірна ділянка спільного роздавального колектора; 33 - запірна арматура; 34 - запірна арматура; 35 - підвідний трубопровід; 36 - підвідний трубопровід; 37 - підвідний трубопровід; 38 - підвідний трубопровід; 39 - запірна арматура; 40 - запірна арматура; 41 - запірна арматура; 42 - запірна арматура. 43 - патрубок для випуску пари; 44 - запірна арматура. У конкретному прикладі виконання система охолодження металургійного агрегату, наприклад, доменної печі, яка має дві аналогічні вертикальні охолоджувані секції, кожна з яких містить нижню зону охолодження 1, середню зону охолодження 2, верхню зону охолодження 3 та зону підподового охолодження 4. Охолоджувані елементи нижньої зони охолодження 1 з'єднані з підвідними колекторами 5 та відвідними колекторами 6. Охолоджувані елементи середньої зони охолодження 2 з'єднані з підвідними колекторами 7 і відвідними колекторами 8. Охолоджувані елементи верхньої зони охолодження 3 з'єднані з підвідними колекторами 9 і відвідними колекторами 10. Охолоджувані елементи зони підподового охолодження 4 з'єднані з підвідним колектором 11 і відвідним колектором 12. Система охолодження містить спільний роздавальний колектор 13 та всмоктувальний магістральний трубопровід 14, при цьому спільний роздавальний колектор 13 з'єднаний з напірним магістральним трубопроводом 15 та з'єднаний з підвідними колекторами 5, 7, 9 і 11 відповідних зон охолодження 1, 2, 3 і 4. Відвідні колектори 6, 8, 10 і 12 зон охолодження 1, 2, 3 і 4 відповідно з'єднані з відвідними трубопроводами 16, 17, 18 і 19. Бак 20 розташований вище відвідних колекторів 10 верхньої зони охолодження 3 і з'єднаний спільним підвідним трубопроводом 21 з циркуляційним насосом 22. Пристрій для поповнення води 23 з'єднано через клапан 24 з баком 20. Клапан 24 електроавтоматикою електрично з'єднаний з датчиком 25 рівня води в баці. Система охолодження містить пристрій для створення підвищеного тиску газу 26 в баці, який з'єднаний через трубопровід з клапаном 27 з баком 20. На напірному магістральному трубопроводі 15 установлений теплообмінник 28. Виходи відвідних трубопроводів 16, 17, 18 і 19 розташовані в баці 20 вище нормального рівня води 29. 3 UA 102519 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Спільний роздавальний колектор 13 розділений запірною арматурою 30 на всмоктувальну ділянку 31 і напірну ділянку 32. При цьому всмоктувальна ділянка 31 спільного роздавального колектора 13 з'єднана зі спільним відвідним трубопроводом 21 та, через запірну арматуру 33 - з всмоктувальним магістральним трубопроводом 14. Напірна ділянка 32 спільного роздавального колектора 13 з'єднана через запірну арматуру 34 з напірним магістральним трубопроводом 15 і підвідними трубопроводами 35, 36, 37 і 38 з підвідними колекторами 5, 7, 9 і 11, відповідно, нижньої зони охолодження 1, середньої зони охолодження 2, верхньої зони охолодження 3 та зони підподового охолодження 4. Підвідні колектори, 5, 7, 9 і 11, відповідно, нижньої зони охолодження 1, середньої зони охолодження 2, верхньої зони охолодження 3 та зони під подового охолодження 4 з'єднані з напірною ділянкою 32 спільного роздавального колектора 13 через відповідні запірні арматури 39, 40, 41 і 42. У верхній частині бака 20 установлений патрубок для випуску пари 43, на якому установлена запірна арматура 44 для забезпечення роботи системи в аварійному режимі з випарним охолодженням. Охолодження доменної печі з використанням системи охолодження, що заявляється, здійснюється так. Спочатку система охолодження при відкритому повітряному клапані на баці 20 заповнюється за допомогою пристрою для поповнення води 23 через клапан 24 хімічно очищеною водою. Після досягнення заданого рівня води в баці 20 за сигналом датчика рівня води 25 клапан 24 закривається, і в баці 20, після його продувки азотом, створюють необхідний надлишковий тиск азоту, подаючи його від джерела газу 26 через клапан 27. Потім, після досягнення оптимального тиску в баці, в охолоджуваних елементах доменної печі та на вході циркуляційного насоса, включають циркуляційний насос 22. Охолодна вода надходить з бака 20 через спільний підвідний трубопровід 21 у всмоктувальну ділянку 31 спільного роздавального колектора 13 звідки, при відкритій запірній арматурі 30, заповнюється водою вся система. При відкритій запірній арматурі 33 через всмоктувальний магістральний трубопровід 14 охолодна вода всмоктується циркуляційним насосом 22 та подається в теплообмінник 28, де охолоджується. Охолоджена вода надходить по напірному магістральному трубопроводу 15 через відкриту запірну арматуру 34 у напірну ділянку 32 спільного роздавального колектора 13, створюючи необхідний тиск для закриття запірної арматури 30 (зворотного клапана). При цьому напірна ділянка 32 від'єднується від всмоктувальної ділянки 31 спільного роздавального колектора 13. Далі потік охолодної води розділяється на паралельні потоки по кількості охолоджуваних зон, при цьому в кожній охолоджуваній зоні забезпечується задана витрата охолодної води. Після проходження кожної з охолоджуваних зон, нагріта вода через відвідні трубопроводи 16, 17, 18 і 19 надходить у бак 20 вище нормального рівня води 29. При цьому вирівнюється тиск води, яка надійшла в бак через відвідні трубопроводи від усіх охолоджуваних зон, і після змішування в баку вирівнюється температура охолоджуваної води. Далі через спільний підвідний трубопровід 21 вода знову надходить у всмоктувальну ділянку 31 спільного роздавального колектора 13, та процес повторюється. Якщо в процесі охолодження доменної печі рівень води в баці 20 знижується, то за командою датчика рівня води 25 відкривається клапан 24, і система через пристрій для поповнення води 23 поповниться хімічно очищеною водою. Необхідний надлишковий тиск азоту в баці 20 регулюється пристроєм для створення підвищеного тиску газу 26, який за командою датчика подає азот від джерела газу 26 у бак 20 через клапан 27. При аварійному відключенні електроенергії відключається циркуляційний насос 22, пристрій для поповнення води 23 і пристрій для створення підвищеного тиску газу 26. Аварійне охолодження доменної печі з використанням системи охолодження, що заявляється, здійснюється так. Відкривають запірну арматуру 44 на патрубку для випуску пари 43, який встановлений на баці 20. У зв'язку з падінням тиску води на напірній ділянці 32 спільного роздавального колектора 13, відкривається зворотний клапан запірної арматури 30, та спільний підвідний трубопровід 21 з'єднує бак 20 і напірну ділянку 32 спільного роздавального колектора 13. Вода з бака 20 надходить через спільний підвідний трубопровід 21 у спільний роздавальний колектор 13 і, розділившись на паралельні потоки, через підвідні трубопроводи 35, 36, 37, 38 та підвідні колектори 5, 7, 9, 11 надходить на охолодження всіх зон. При проходженні кожної з охолоджуваних зон 1, 2, 3 і 4 вода, нагріваючись, перетворюється в пароводяну суміш і через відвідні колектори 6, 8, 10, 12 і відвідні трубопроводи 16, 17, 18, 19, завдяки різниці питомих ваг води та пароводяної суміші, надходить у бак 20, де розділяється на воду та пару. З бака 20 пара видаляється через патрубок для випуску пари 43 при відкритій запірній арматурі 44, а вода 4 UA 102519 C2 5 10 15 20 25 30 знову надходить з бака 20 у спільний роздавальний колектора 13 та процес повторюється до вичерпання запасу води в баку 20. Незалежне охолодження кожної зони доменної печі хімічно очищеною водою з однаковою для кожної зони охолодження початковою температурою води при заданій витраті охолодної води в кожній охолоджуваній зоні, та забезпечення роботи системи в аварійному режимі (при знеструмленні електроустаткування) шляхом забезпечення випарного охолодження з природною циркуляцією підвищує надійність та ефективність охолодження металургійного агрегату. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Система охолодження металургійного агрегату, що містить охолоджувану секцію, яка складається з зон охолодження з охолоджуваними елементами, які з'єднані з підвідними та відвідними колекторами, бак, який розташований вище відвідних колекторів, циркуляційний насос, з'єднаний всмоктувальним магістральним трубопроводом з баком і напірним магістральним трубопроводом з підвідними колекторами зон охолодження, відвідні трубопроводи, які з'єднані з відвідними колекторами кожної зони охолодження, пристрій для поповнення води в системі охолодження, з'єднаний електроавтоматикою з датчиком рівня води в баці, пристрій для створення підвищеного тиску газу в баці та теплообмінник, яка відрізняється тим, що система обладнана спільним роздавальним колектором, з'єднаним з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, а відвідні колектори кожної зони охолодження з'єднані з баком відвідними трубопроводами, виходи яких розташовані вище нормального рівня води в баці, спільний роздавальний колектор розділений запірною арматурою на всмоктувальну ділянку та напірну ділянку, при цьому всмоктувальна ділянка з'єднана з циркуляційним насосом і баком, а напірна ділянка з'єднана з напірним магістральним трубопроводом та з підвідними колекторами кожної зони охолодження, бак обладнаний патрубком для випуску пари, на якому встановлена запірна арматура. 2. Система охолодження за п. 1, яка відрізняється тим, що об'єм бака до рівня, який відповідає нормальному рівню води, визначений за умови забезпечення заданої тривалості роботи системи охолодження в аварійному режимі з використанням випарного охолодження з природною циркуляцією. 3. Система охолодження за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінник встановлений на напірному магістральному трубопроводі. 5 UA 102519 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6