四连铸纯水系统现状及其优化方案

改造者：林 俐

四连铸纯水系统现状及其优化方案

改造者：林 俐

前言：四连铸循环水于2006年投运，出于节约用地及节能考虑，采用蒸发冷器作为纯水系统冷却设备，投资费用约为400万元，四台空冷器的总设计处理能力为1420m3/h，设计纯水出蒸发空冷器温度应≤38℃，而现场实际处理水量仅为1000m3/h，尽管如此，在夏季高温季节时，四连铸纯水出水温度经常超标，从而影响连铸机的拉速，需要优化。

四连铸纯水系统现状

四连铸纯水系统现有工艺流程

图1为四连铸现有的纯水系统工艺流程图，现有的密闭纯水系统冷却方式主要是依靠表面蒸发式空气冷却器，经过蒸发空冷器冷却后的水由结晶器泵供结晶器使用，回水经过管道过滤器后进入蒸发空冷器进行冷却，氮封罐主要是给系统稳压、补水。空冷器的冷却水主要来自于蒸发式空冷器自循环水、设备间接冷却水和杂用水泵。

现有系统存在问题

图1　四连铸纯水系统工艺流程图

图2　2010年至2014年四连铸纯水送水温度超标次数

夏季送水温度经常超标

由于蒸发空冷器的换热管束在运行和停运过程中存在干湿交替的情况，换热管束在外部冷却水停运后，残留于管束外表面的水份易于蒸发，水中钙镁离子将结晶析出留在管束表面，时间一长，管束表面形成一层厚厚的垢，影响换热效果。自2010年以来，每年夏季，结晶器冷却水送水温度经常超过38℃，最高接近40℃，极大影响了连铸机拉速，进而影响四号连铸机的正常生产。

图2为2010年至2014年期间四连铸纯水系统送水温度超过38℃的次数统计，从图中可以看出，2010年纯水系统送水温度超过38℃的次数高达24次，为缓解这个问题，水处理分厂于次年对蒸发空冷器进行了改造，改造有二：1.于空冷器内部增加一路间接冷却水冷却；2.于空冷器内部增加一路杂用水冷却。经过改造后，纯水送水温度超标次数有所减少，但由于空冷器的冷却效果受环境温度影响较大，在2013年夏季高温情况下，超标次数仍然达到15次，2014年由于气温下降，超标次数有所减少，共超标5次。每年最高送水温度见表1。

表1　四连铸纯水系统每年最高送水温度

影响四号连铸机的平均拉速

四连铸纯水系统是为四号连铸机的结晶器冷却供水，连铸生产对纯水水温有一定的要求：设计值纯水送水水温〈38℃，是连铸结晶器的极限水温度，连铸浇铸时最佳水温在35℃左右。此水温无论是对连铸板坯生产的拉速还是板坯的生产质量，都是最佳水温。而当送水温度超过38℃时，极易导致连铸机不能按正常的拉速进行生产，甚至造成连铸机漏钢、窝坯等重大生产事故，2008年2月27日中午11：30左右，4#连铸机曾发生过一起漏钢、窝坯的事件，事件发生是由多方面原因造成，其中一个原因与水处理纯水送水温度过高有关，造成四号连铸机停产。表二为连铸方提供的2014年与2013年板坯平均拉速同比下降的百分比统计数据。

表2　四连铸纯水系统每年最高送水温度

从表2可以看出2013年由于气温偏高，整体平均拉速要低于2014年的平均拉速，从而影响生产效率。根据公式：产量=密度*体积=结晶器截面积*时间*拉速，在结晶器密度不变的情况下，在相同时间内，拉速直接影响产量的多少，若拉速从1.1m/min降到1.06m/min，产量将降低4％，因此在拉速降低的情况下，将大大影响生产效率。

图3　四连铸纯水系统优化后工艺流程图

表3　2014年1月-9月二连铸与四连铸纯水最高送水温度比较

四连铸纯水系统优化方案

为解决夏季纯水系统送水温度高的问题，建议将现有的蒸发空冷器冷却方式改为板式换热器冷却方式，将原来的四台蒸发空冷器改为3台板式换热器，总处理水量为1600m3/h，具体工艺流程图详见图三，新增两座冷却塔、三台二冷水泵、三台板式换热器及部分加药装置。冷却完结晶器的水通过现有的管道式过滤器后进入板式换热器，与由二冷水泵送来的水在板式换热器内对流，实现热交换从而达到降低水温的效果。

蒸发空冷器与板式换热器的比较

蒸发式空冷器是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果；板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。

冷却介质方面比较

蒸发空冷器是以空气为主的冷却介质，受环境温度和空气湿度的影响较大，水温难控制；而板式换热器是以水作为冷却介质，冷却能力强，供水水温稳定。两种冷却介质的热容比相差较大，空气的热容比远小于水的热容比，所以水的冷却能力要强于空气，且空气冷却效果易受环境的制约，尤其在高温季节，蒸发空冷器冷却效果不佳，而板式换热器则无此问题。

设备检修方面比较

四连铸纯水系统空冷器由于全部投入至今无法停运隔离检修，即使具备检修时间，检修仍然较难实施，比如更换空冷器内部填料需将风机和玻璃钢风筒全部吊出，施工难度大。空冷器铜管一旦破损，首先由于台数较多泄漏点查找困难，其次由于运行一段时间后空冷器玻璃钢底部螺栓已锈蚀，即使找到泄漏的铜管仍无法进行更换，必须将整台空冷器设备拆除后才能更换，无法对空冷器局部进行更换，即无法实现内部铜管检修维护。板式换热器则非常方便，不存在以上问题，单台隔离后即可检查检修。

清洗维护方面比较

蒸发空冷器喷淋水纳入净环系统统一进行水质管理后，一旦发生管束结垢问题将无法进行单台清洗处理，必须和清循环大系统串联做化学清洗，系统清洗费用较高，且对空冷器局部清洗效果有限，长期影响冷却效果。板换二冷水侧基本不会有结垢问题，无需清洗；即使运行至炉役后期出现轻微结垢，也可单台隔离清洗，非常方便，且不会影响冷却效果。

现场实际使用情况比较

二连铸纯水系统与四连铸纯水系统拥有相类似的工况，纯水系统设计处理水量与四连铸相近，但二连铸循环水用板式换热器作为冷却设备，自从1997年投产至今，使用情况一直良好，即使在2014年高温季节，纯水系统的最高送水温度也维持在37℃左右。表四为2014年1月到9月二连铸与四连铸纯水最高送水温度的比较，可见二连铸板换冷却效果要优于四连铸的蒸发空冷器，夏季尤为明显。

结束语

四连铸纯水系统夏季送水温度超标会影响连铸坯生产的拉速，而从板式换热器和蒸发空冷器在水处理分厂的实际应用情况看，板式换热器的优势更为明显，故建议对四连铸现有的纯水系统进行优化，将蒸发式空冷器改为版式换热器。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.031