СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДЛЯ КОЛЬЦЕВОГО СКРУББЕРА
MONITORING SYSTEM FOR ANNULAR SCRUBBER

Изобретение относится к системе контроля состояния, в частности, для скруббера очистки газа.
Станции очистки доменного газа обычно используют устройство с подвижным конусом для управления давлением доменного газа на колошнике и обеспечения очистки газа. Устройство с подвижным конусом содержит перевернутый конус, имеющий оболочку с открытым дном с опорной конструкцией, которая используется для того, чтобы управлять потоком газа и увеличивать локальную скорость газа, когда он проходит над конусом. Это улучшает захват пылевых частиц в капельках воды, образованных падающими на конус водяными струями.
Тяжелое рабочее окружение в этой части доменной печи означает, что этот конус подвержен как химическому воздействию, так и эрозии. Конус изготовлен из материалов, выбранных таким образом, чтобы максимального увеличить срок службы конуса, но оболочка конуса в конечном итоге выходит из строя. Трудно обнаружить выход оболочки конуса из строя, прежде чем он достигнет стадии, которая начинает отрицательно повлиять на работу станции, поскольку тот способ, которым конус управляет потоком газа и удерживает давление, означает, что он автоматически компенсирует минимальный износ оболочки конуса. Первый признак выхода оболочки конуса из строя может быть определен выходным датчиком контроля газа, который определяет, что газ снова становится все грязнее, но наиболее общим способом контроля его состояния остаются периодические проверки, требующие остановки и изоляции станции.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения система контроля состояния конуса газового скруббера содержит устройство контроля состояния, герметизированный конус газового скруббера, установленный с возможностью перемещения в газовом резервуаре, воротник, неподвижно установленный в газовой трубе радиально снаружи конуса; точку отбора давления, идущую в герметизированный конус, при этом точка отбора давления связана с устройством контроля состояния посредством впускной линии, выпускную линию от устройства контроля состояния к газовому резервуару ниже герметизированного конуса по направлению потока; при этом устройство контроля состояния содержит манометра давления и/или прибора измерения потока газа.
Система, предпочтительно, дополнительно содержит переключательный клапан между устройством контроля состояния и нижней по направлению потока газовой зоной, при этом данный клапан выполнен с возможностью переключения выпускной линии устройства контроля состояния между внешним давлением и давлением в нижней по направлению потока газовой трубе.
Герметизированный конус газового скруббера, предпочтительно, содержит конус газового скруббера и пластину основания, формирующие герметичную оболочку.
Нижняя по направлению потока газовая зона, предпочтительно, содержит газовую зону для чистого газа.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения способ контроля состояния конуса скруббера включает в себя герметизацию конуса скруббера для использования его со скруббером, ввод точки отбора давления в герметизированный конус, измерение давления в герметизированном конусе у устройства контроля состояния, сравнение измеренного давления с ожидаемой величиной давления в герметизированном конусе и обеспечение индикации неисправного состояния, если результат сравнения превышает предопределенную величину.
Величина ожидаемого давления, предпочтительно, представляет собой сохраненное конструктивное давление для контролируемого конуса или же получена из предыдущих измерений давления.
Измеренное давление во время работы скруббера записывают или сохраняют с некоторыми интервалами, а предопределенную величину получают из сохраненных записей, сделанных за заданный период времени.
Предпочтительно, способ дополнительно включает в себя переключение выпускного конца точки отбора давления между двумя местоположениями с различными давлениями для получения явных изменений в измерениях потока газа.
Местоположения, предпочтительно, содержат зону чистого газа скруббера и местоположение, внешнее по отношению к скрубберу, находящееся при давлении окружающей среды.
Пример устройства контроля состояния и способ контроля состояния системы очистки газов в соответствии с настоящим изобретением, будет описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фигура 1 иллюстрирует пример устройства обычного конуса газового скруббера.
фигура 2 иллюстрирует пример системы контроля состояния в соответствии с настоящим изобретением; и
фигура 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующая способ контроля состояния системы очистки газа в соответствии с настоящим изобретением.
В обычном газовом скруббере, как это показано, например, на фиг. 1, предназначенный для очистки газ подается из доменной печи через трубу в очиститель, содержащий внутренний конус 4 и внешний воротник 5, этот внешний воротник, имеет коническую поверхность, и вставлен внутрь полости 1. Коническая поверхность внешнего воротника, как правило, имеет угол наклона по отношению к конической поверхности, отличный от угла внутреннего конуса, с которым он взаимодействует для того, чтобы достигать уменьшения площади потока и увеличивать скорость газа. На практике конус обычно установлен на подвижной опоре, а сверху этой опоры он плотно закрыт, так что форма, фактически, имеет вид усеченного конуса. Между внешней поверхностью внутреннего конуса и конической поверхностью воротника образован кольцевой зазор, так что газ имеет возможность протекать в область 6 выпуска. Конус имеет сплошные стенки, но продувается через дно 8 в область 6 выпуска. Конус 4 установлен на подвижной опоре, будучи соединенным с контроллером (не показан), чтобы дать возможность конусу перемещаться вверх и вниз в пределах воротника в соответствии с требуемой величиной зазора. Вообще говоря, желательно поддерживать постоянное давление газа на колошнике, что может обеспечиваться перемещением конуса в кольцевом воротнике, чтобы увеличивать или уменьшать отверстие между внешней поверхностью конуса и внутренней поверхностью воротника, через которое может протекать газ. Определение падения давления, измеренное в системе грязного газа выше по потоку относительно конуса, вынуждает конус двигаться вверх, чтобы уменьшить кольцевой зазор между конусом и воротником и таким образом удерживать давление газа на колошнике. И наоборот, определение увеличения давления вынуждает конус двигаться вниз, чтобы увеличить этот кольцевой зазор.
Газовый скруббер получает газ второй стадии, который уже был частично очищен, но все еще имеет некоторое количество твердых частиц, которые необходимо удалить. Радиальные водяные струи 2 орошают полученный доменный газ водой, до того как газ проходит через зазор между конусом 4 и кольцевым воротника 5. Путь потока газа показан стрелками 3. Материал в виде частиц в газе является абразивным, и водяные струи предназначены для того, чтобы полностью намочить внешнюю поверхность конуса, образуя на конусе амортизирующий слой, через который проходит абразивный материал. Однако даже с этой защитой конус, в конце концов, изнашивается и нуждается в замене, которая требует, чтобы система была остановлена, а скруббер - демонтирован. Находящиеся в потоке газа твердые частицы перехватываются капельками воды, заключающими эту частицу в капельку, которая падает в отстойник и затем фильтруется, чтобы удалить пылевые частицы.
Фиг. 2 показывает пример системы контроля состояния конуса для газового скруббера в соответствии с настоящим изобретением. Как и прежде, газ для очистки поступает из доменной печи во впускную полость или в трубу 1 и направляется мимо водяных струй 2 вдоль пути между внешней поверхностью конуса 9 скруббера и коническим воротником 5. Конус 9 имеет герметичную полость с твердыми стенками и с твердым основанием 10, а не продуваемое основание системы предшествующего уровня техники. Этот конструктивный признак является тем признаком, который не только может быть введен в системы с конусом скруббера, но и может быть модернизирован для того, чтобы дать относительно дешевое решение проблемы выхода из строя конуса скруббера. В валу 11 конуса высверлена "точка" отбора давления, идущего вниз по валу конуса и отбираемого снаружи этого компонента под давлением. На другом конце изнутри кожуха 6 скруббера к зоне 15 чистого газа может быть подсоединено соединительная линия 14, предупреждая появление неисправности, обусловленной разностью давления по конусу 9. В линии 16, идущей от вала конуса около приводного цилиндра к линии чистого газа обеспечены манометр 17 давления и прибор 18 измерения потока газа. На фиг. 1 и 2 показан прибор измерения потока газа с заборным отверстием, но может быть использован другой принцип измерения потока газа. Переключательный клапан 19 в линии 16 с выпуском в безопасное место позволяет активизировать вторую проверочную процедуру. Если протечка конуса имеет место в верхней части скруббера, в зоне более высокого давления, это проявится в виде потока в линии 16, измеренного прибором 18 измерения потока газа, обусловленного дифференциальным давлением вдоль конуса. Переключательный клапан 19 позволяет осуществлять вторую проверочную процедуру, производимую периодически, при этом проверочный отвод газа передается на выпуск и проходит через прибор 18 измерения потока газа. Любая протечка в конусе, будь то на верхней поверхности конуса или на нижней "замыкающей" поверхности, выявляется в виде поддающегося измерению прибором 18 измерения потока или манометром 17 давления потока или давления. Величина потока или давления дает указание относительно места и размера отверстия в конусе 9: чем выше скорость течения, тем больше отверстие. Переключательный клапан позволяет осуществлять сравнение давления в конусе либо с нижним, либо с верхним давлением камеры. При стандартной работе скруббера будет иметь место падение давления по конусу, а потому сравнением давления конуса с нижним либо с верхним давлением камеры можно определить приблизительное местонахождение любого отверстия.
Установка системы контроля состояния по настоящему изобретению требует сверления отверстия в валу конуса для отбора давления и изготовления полости конуса в виде герметизированной полости, например, приваркой замыкающего элемента к нижней части конуса, для того чтобы герметизировать полость конуса. При этом точка отбора давления соединена либо с нижней камерой или с атмосферным давлением. Это противоречит обычным системам с открытым конусом, которые специально оснащены выпускными отверстиями, чтобы предотвращать обусловленные температурными изменениями избыточное или пониженное давление.
На фиг. 3 проиллюстрирован способ контроля состояния конуса скруббера в соответствии с настоящим изобретением. Доменный газ, который, как правило, уже подвергся одному или двум процессам очистки, пройдя через пылеуловитель или циклон, установленный до скруббера, и кондиционирующую трубу, затем через газоподающий трубопровод подается (30) в скруббер. На входе в скруббер газ орошается (30) струями воды для придания содержащимся в газе частицам амортизирующих свойств и смазки для прохождения ими скруббера. Намоченная смесь твердых частиц и газа проходит (32) через отверстие, образованное внешней поверхностью конуса скруббера и внутренней поверхностью воротника, в газовую трубу. Точка отбора давления (33) в герметизированном скруббере соединена с устройством контроля состояния, так чтобы можно было следить за давлением внутри конуса. Любое внезапное изменение давления указывает на наличие отверстия внутри конуса. Также как и давление газа, посредством устройства контроля состояния может быть определена (32) скорость потока газа. Периодически поток может переключаться (35) на обводной выпуск при давлении наружного воздуха, в отличие от подсоединения линии от устройства контроля состояния к выпуску зоны чистого газа оболочки скруббера за конусом при использовании данных о скорости потока газа для получения дополнительной диагностической информации, такой как протяженность отверстия или размер протечки. В одном примере отверстие в нижней поверхности герметизированного конуса влечет за собой небольшое, но поддающееся измерению изменение давления внутри конуса, обусловленное скоростями газа вокруг конуса. Поток газа, будучи соединенный с зоной чистого газа скруббера, является малым, но если он будет соединен с наружным давлением, то возникнет ток газа вопреки положительному давлению чистого газа по сравнению с наружным давлением. Величина этого потока свидетельствует о серьезности отверстия. Данные обрабатываются (36) в процессоре устройства контроля состояния, и при этом может производиться сравнение определенного давления с ожидаемыми пороговыми давлениями данного конуса или же с ранее зарегистрированными и усредненными отсчетами давления, бравшимися в течение некоторого периода времени. Если сравнение показывает значительное отклонение от ожидаемых или усредненных величин, то оператору может быть выдан (37) сигнал тревоги в дополнение к различной выводимой на дисплей текущей информации, для того чтобы привлечь его внимание к потенциально возможной проблеме.
Настоящее изобретение модифицирует конструкцию конуса скруббера с созданием герметизированной оболочки и использует измерения внутреннего давления газа и/или потока для контроля состояния конуса. Это дает возможность извлечь некоторые признаки относительно его состояния, используя присутствующее во время работы разностное давление по конусу. В дополнение к диагностическим возможностям, герметизированная оболочка конуса менее подвержена последующим повреждениям, обусловленным наличием отверстия, из-за пониженной скорости потока газа через это отверстие по сравнению с соответствующими конструкциями. Посредством этого метода любое отверстие герметизированной оболочки может быть определено гораздо раньше, чем это возможно существующими в настоящее время способами, что, таким образом, позволяет операторам планировать и осуществлять корректирующие меры, прежде чем оно отрицательно повлияет на работу станции.
В одном варианте осуществления простое измерение внутреннего давления герметизированной оболочки конуса определяет любые внезапные изменения давления, являющиеся индикаторами наличия отверстия в находящемся под давлением компоненте. В другом варианте осуществления в дополнение к принципиальному определению наличия отверстия в оболочке, идентификация природы изменения состояния конуса позволяет производить диагностику проблемных областей без остановки станции и или ее изоляции и визуального осмотра. Как описано выше, оболочка конуса по фиг. 2 может быть соединена с переключаемой полостью, такой как зона "чистого газа" башни скруббера, либо с внешним окружением, и определением внешнего давления посредством набора измерительных инструментов можно использовать измерения потока газа в дополнение к простому измерению давления для получения дополнительной диагностической информации. Отверстие в конической поверхности оболочки дает наибольшее изменение внутреннего давления и порождает поддающийся измерению ток газа внутри зоны "чистого газа". Величина этого потока является свидетельством серьезности отверстия.
Настоящее изобретение использует конус скруббера, который был построен с целью создания герметизированной оболочки, а не открытой конической конструкции, как в системах предшествующего уровня техники. В этом случае величина измеренного давления газа внутри этой герметизированной оболочки затем может быть использована в качестве индикатора состояния этой оболочки, а ток газа из оболочки при "известных условиях" может быть использован для обеспечения дальнейшего контроля состояния или диагностической информации. Таким образом, изобретение обеспечивает улучшенный контроль состояния конуса, большее время для планирования и осуществления ремонтных работ, прежде чем повреждение начнет влиять на работу станции. Кроме того, в результате получения этих данных возможна улучшенная диагностика, повышающая шансы на успешные корректирующие действия и минимизацию периодов простоя, необходимых для завершения ремонтных работ. Изобретение обеспечивает конструкцию, которая является более "гибкой" по отношению к другим повреждениям, следующим за появлением первичного отверстия в конусе, чем обычные конструкции. Герметизированная коническая конструкция представляет собой относительно недорогое решение, которое может быть модернизированным из старого, поскольку к существующим конусам может быть добавлена донная пластина, которая способствует поддержанию их работоспособности, даже если конус изнашивается.