新钢连续退火炉技术总结
流体设计部分
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新钢连续退火炉技术总结流体设计部分
在新余钢铁连续退火炉项目中，我担任流体部分的设计协调人，此次是斯坦因（上海）工业炉公司第一次设计连续退火炉流体部分。我的主要任务有：负责该项目脱盐水、冷却水设备和管道的总体设计并参与燃烧系统设备和管道的总体设计；安排设计任务给我的团队成员，完成整个炉区所有流体的详细设计；与其他设计小组（机械组、结构组、电器组）相互协调配合。在总体设计期我就进入了该项目，与各设计小组商讨主要流体设备（泵、风机、大型阀门、膨胀节等）的流量、压力以及定位。为完成总体设计，公司安排我到法国总部培训和技术交流，在近一个月的时间里，我与同事们相互讨论并确定了脱盐水水泵、水箱等设备的安放位置；脱盐水主管道的走向以及支管的布置方案；冷却水主管道的布设；加热段助燃风机、煤气站、废气风机的安装位置；空气主管道、煤气主管道、废气主管道的走向；烧嘴前（后称“嘴前”）阀组布设等总体设计。我将讨论的内容归纳了一下，如下所述。
首先是脱盐水系统。该系统有4台立式水泵，在讨论水泵安放位置过程中，我提出在满足钢结构荷载、水泵安装和拆卸的方便性、与主要用水设备的距离等条件下竟可能的提高水泵的安装位置，因为这样可以相对降低水泵的扬程从而降低能耗。讨论水箱安放位置过程中，我提出在加大钢结构承载力的基础上将水箱落在现有钢结构上，这样可以减少单因水箱而增加的钢结构，同时可以增大炉区的操作空间。经过多番讨论最后决定在+2.0m以上安装水箱和水泵。
其次是冷却水系统，该系统直接接厂房冷却水。所以选择接入点
（TOP）直接关系到主管道布局的合理性。由于整个炉区跨度太大，而且流量也很大。所以经过讨论我们决定采用前后两个TOP点。这样不仅可以有效减少管道的压损从而保证了管道内的水压，同时可以分解流量使主管道管径缩小，有效的节省施工成本。讨论主管道布设的过程中有几个难点，首先是主要用水设备分散，纵向相距近35米横向相距近170米；其次是管道布设需避开多处钢结构主梁、设备，同时还需考虑给电缆留有布设空间而且还需
考虑是否影响到设备的安装与拆卸；最后还需考虑供水的安全性，避免立式炉顶部水管水头过低，低部水头过高。
最后是燃烧系统，该系统的助燃空气风机、煤气阀组、废气风机由于设备大而且需经常更换过滤装置等设备，所以为了检修吊装方便以及减少炉体结构体积等原因，直接布设到地面基础上。煤气、助燃空气以及废气在每层的主管道为了给走廊留出更多的活动空间需要在狭小的空间尽量靠近烧嘴布设。嘴前阀组的布设是整个燃烧系统流体设计的关键和难点，嘴前管道遍布整个加热段，所以他直接关系到整个炉体的美观性，也直观的反应了工业炉流体的设计水平，我建议采用模块式布置，就是把嘴前阀组放到一起进行合理化布置，等布局完成后做为一个模块再与主管道连接，这种方法虽然是反序，但很有效，得到同事们的认同。
在详细设计中我们需考虑流体的技术稳定性、施工可行性、及经济合理性等方面。我认为首先需满足流体设计的技术稳定性，这是大前提，在满足这个前提下再考虑其他方面。我将我的团队成员分为3个小组，分别负责脱盐水，冷却水，废气、煤气和助燃空气管道，因为脱盐水和冷却水相对独立，煤气和助燃空气的流体介质的物理特性相似且相伴而生，废气由于温度高所以物理性能比较特殊，设计的规则也大不相同。下面我分别介绍一下每种流体设计的注意要点和设计思路。
首先是脱盐水，脱盐水由于经过脱盐处理所以管道材质必须选用不锈钢材质，我们选用S304不锈钢。因为不锈钢在管道安装过程中不便于切割和焊接，所以我要求把管道接口设计成法兰（≥DN50）或丝扣(
其次是冷却水，冷却水用户点分布广，整个炉区大约有一百多个用户点。如果布置不好会影响每个用户点的水压和流量从而影响冷却效果，有时设计不合理会导致部分设备的供水不足从而影响冷却效果，有时会使设备温度过高而损坏。为了用水设备的流量都能满足设计流量（无不足和富裕），我们选择在主管接支管时尽量采取等距供水，使每根支管的压损尽可能相同以达到供水均衡性，简单的说布置支管时把主管道当成一个大的分水器，对于局部地区还需增加流量孔板限流。由于冷却水供水的设备多为易损件，所以需要经常更换维修，为了便于设备拆装，我要求所有设备接口都用软管连接。在主管道的局部最低点设置放空阀，并在最高点设置排气阀。
还有燃烧系统。燃烧系统包括助燃空气管道、煤气管道、废气管道。对于空气、煤气废气的主管道，直径较大不便于现场制作。所以我对直径≥DN250的管道进行了排版设计，可以使管道在工厂完成预制，为了给现场安装留有调整空间，我设计了连接板便于主管现场调整；同时为了便于主管道与嘴前阀组连接，我把预制主管的开孔设计成长孔，还设计了焊有小封盖的支管短接头，可以有效的调整嘴前阀组与主管的安装位置。对于煤气管道，由于采用焦炉煤气（焦炉煤气一般含有大量杂质）作为燃料，所以经过长时间使用，管道内会积攒大量煤焦油等杂物从而减少管道的过流面积，严重时会堵塞管道，为了避免发生此类问题我把煤气的主管道设计成倒坡型，通过重力把煤焦油排到系统外，同时嘴前阀组与主管顶部连接可有效避免煤焦油等杂物流入阀组。对于空煤气的嘴前阀组，布置空间有限而且安装设备和管件较多（流量孔板1只，手动阀1只，自动阀一只，变径一只以及软管等），所以在不到1.5m的直管段内无法布设，我们采用回转180°的方式，这样可以有效增加管道的长度。对于废气管道，从烧嘴出来的废气温度近650℃，所以管道材料不能采用碳钢管道（碳钢在高温下刚度会下降）而采用不锈钢材料S321,同时由于管道运行前后的温差较大，所以还需要设计膨胀节。膨胀节的布设需遵循以下条件：
一、两固定支架间必须设置膨胀节；
二、弯头处需布设纵横两膨胀节；
三、膨胀节的膨胀量需根据计算确定并乘以安全系数；
四、膨胀节不便于保温需设隔温板。对于废气管道的保温，由于管道温度较高，所以保温层厚度大，所以设计时需按照保温后的管径设计，留有足够空间。
最后是设备和管道的支架，设计时主要遵循以下原则：
一、劲量利用现有钢结构作为设备及管道支架的支撑点和生根点，但不得设计在主梁上生根支架，因为焊接产生的高温会使钢材刚度降低。
二、不得利用设备作为支架的支撑点和生根点，因为设备可能设计到检修和维护，而且焊接高温会损伤设备。
三、支架距离需在管道的刚度承受范围内。
四、支架的布设需考虑到设备的维修，是否阻挡了设备的拆装。
五、对于废气管道的支架还需考虑到温度原因，为保证支架的刚度，直接接触的部位必须选用不锈钢。而且为了便于管道的胀缩需更具实际情况设计滑动支架。
在设计过程中我的团队遇到了很多困难，比如流体设计人员紧缺、设计时间短、设备信息不明确、结构图纸变更等。对于人手紧我采取一边培养一边参与设计的方法，耐心教授流体设计的规则和方法，敢于的让新人独自去尝试，认识流体设计的重要性，培养对流体设计的兴趣，经过该项目我培养了几个能够独立完成流体详细设计的复合型设计人员。对于设计时间短，我采取分组细化和发挥设计人员特长的方法，比如让善于结构设计的人员去设计废气、空气等大管道，因为这些管道的支架就是小型的钢结构；让设计炉体设备的人去设计冷却水和脱盐水，因为他们熟悉设备的位置和接口。对于设备信息不明确，我采取积极索要、查询以及参照已完成项目等方法获取。经过我与团队所有设计人员的共同努力，我们最终保值保量按时完成了该项目的流体设计任务。根据新钢工程师和公司安装工程师的在管道安装和试用期的反馈，我负责的流体部分设计在安装过程中问题很少，我们的设计得到了公司和客户认可。
：郑磊
2010年9月
