高架流槽流速設計方法探討.docx

1、g供排水1高架流槽流速設計方法探討陳坤(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶400013)【摘要】高架流槽為煉鋼廠內(nèi)濕法除塵重要的輸水裝置，在高架流槽的運行過程中，往往存在設計流速不足，導致高架流槽內(nèi)泥沙沉機排水溢出，影響煉鋼車間正常生產(chǎn)，針對這悄況，通過實際工程案例進行分析，對高架流槽內(nèi)的流速設計方法進行探討，為高架流槽的設計提供參考?！娟P鍵詞】高架流槽；溢流；沉積；兩相流【中圖分類號】TF085【文獻標識碼】B【文章編號】1006-6764(2017)06-0051-03DiscussionontheDesigningMethodforWaterFlowVelocityinElevatedC

2、hutesChenkun(C1SD1EngineeringTechnologyCo.,Ltd,Chongqing400013,China)AbstractElevatedchutesforwetdustremovalinsiee：plantsareimportantwaterdelli聘devices.Intheoperationprocessofelevatedchutes,theproblemofinsufficientdesignvebcityoftenexists,whichcausessedimentdepositioninlhechutesanddrainageoverflow,a

3、fctingnormalproductionofsteelmakingworkshop.Inviewofthissituationandthroughanalysisofprcicalengineeringcase手deigni曲oubforthowatevelocityinbevatedchutessdiscussed,toprovidesomerefrencefortdnsign6elvatcdchutes.Keywordselevatedchute;overflow;deposition;two-phaseflow1前言煉鋼轉(zhuǎn)爐高架流槽作為煉鋼廠內(nèi)煤氣清洗濕法除塵比較重要的輸水設施，其設

4、計流速是否合理，直接關系到高架流槽內(nèi)的泥沙是否能隨著水流順利夾帶到水處理區(qū)域，一旦泥沙在高架流槽內(nèi)沉積，發(fā)生煤氣清$先水溢流到車間，帶來生產(chǎn)上的安全隱患。煉鋼轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，產(chǎn)生大量的高溫轉(zhuǎn)爐含塵煤氣，高溫煤氣經(jīng)過煤氣洗滌器噴水洗滌后，煤氣得到凈化后進入煤氣柜，煤氣中的煙塵被帶入洗滌水中,通過高架溜槽將車間內(nèi)的含塵煤氣清洗水帶入到水處理區(qū)域進一步沉淀處理。在這個過程中，高架溜槽主要起到轉(zhuǎn)輸?shù)淖饔谩Ｒ坏└呒芰锊鄢霈F(xiàn)問題，煤氣清洗的正常運轉(zhuǎn)將受到影響，進而影響到轉(zhuǎn)爐正常的生產(chǎn)。本文根據(jù)南方某鋼廠2伊120t轉(zhuǎn)爐的高架流槽溢流案例進行相關分析和探討，并對高架流槽的流速設計方法進行討論，為高架流槽的設

5、計提供參考。2高架流槽溢水的案例介紹及分析2.1案例介紹在南方某鋼廠的煉鋼廠中，煉鋼廠高架流槽自2011年投運，至今已使用4年2015年3月份開始發(fā)現(xiàn)水槽存在沉積現(xiàn)象，最大沉泥約45()rnrn,到嚓煩珈可題。2.2設計回顧高架溜槽內(nèi)原設計參數(shù)如下：斷面B伊h：700mm伊800mm；水量：1000m3/h：水層高度:0.254m；流速：1.581rn/so計算出的設計流速為1.581m,&符合鋼鐵設計工業(yè)給水排水手冊流速取值區(qū)間1.53m/so2.3案例分析高架流槽出現(xiàn)頻繁溢流事故后，初步判斷如下:1)長期運行后存在高架流槽內(nèi)結垢較嚴重；底部結垢層滯留了水中的懸浮層，導致懸浮層越來越

6、厚；2）高架流槽水的流速不足，不易將懸浮層沖走。從現(xiàn)場反饋的實際情況看，噴淋塔出水管至高架流槽段由于溫度較高，結垢嚴重，經(jīng)常性的更換管道和彎頭，流槽底部有結垢現(xiàn)象，但沒有較嚴重的結垢層。因此結垢層不是導致高架流槽溢出的主要原因。在調(diào)研的過程中還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉周期從原來的36rnin縮短至32rnin,此外，鋼廠為了節(jié)約成本，近期使用了一批品種較低的原料和輔料，現(xiàn)場打撈出來塵泥化驗后分析和輔料的成分接近。綜合分析，在轉(zhuǎn)爐運行初期，高架流槽運轉(zhuǎn)較良好，但遇到轉(zhuǎn)爐冶煉生產(chǎn)節(jié)奏加快，添加低品質(zhì)礦料時,導致轉(zhuǎn)爐煙氣中含塵量急劇增加，經(jīng)過噴淋塔噴水除塵后，帶到高架流槽中的沉積量增加，高架流槽內(nèi)的水流形

7、態(tài)發(fā)生了變化，由水的單相流（水中含少量塵，懸浮在水中，可隨水攜帶走，簡化為軸瞬）變?yōu)楣?、液兩相流，原有水流速度無法帶走所有沉積物，高架流槽出現(xiàn)了淤積情況，底部沉積物逐漸累枳，高架流槽內(nèi)水位不斷抬高，導致高架流槽溢水。2.4解決方案解決上述問題的主要思路是增大水流速、流量，進而增加水的輸送動能，同時想辦法降低流槽中的沉泥量。目前煉鋼的生產(chǎn)節(jié)奏和礦石來源從設計上無法調(diào)整，整個高架流槽的設計坡度無法更改，根據(jù)上述思路，采取的主要措施如下：D不定期開啟備用泵，增加沖洗水量。將工作泵的能力通過改造后增大。2起點處的高架流槽內(nèi)底部抬高約200300min,提高初始流速。改變仙灑料畚向接入處適當擴寬，避免洞

8、水。4沿途增加底部壓縮空氣管，通過壓縮空氣對積泥進行攪動，積泥成懸浮顆粒，隨水帶走。9需要加強平日的維護和管理，經(jīng)常性的清除流槽結垢層。采取上述措施后，高架流槽的積泥情況得到一定程度的緩解，發(fā)生溢流的頻率減少到半年一次。3高架流槽的流速設計方法的思考高架流槽內(nèi)一般按照水的單相流動進行水力設計計算水流速，計算后按照鋼鐵工業(yè)給水排水設計手冊的規(guī)定取值為1,53.0nVs范圍區(qū)間進行綜合選取。上述方法在一般情況下是沒有問題的，但在煉鋼廠縮短冶煉周期，超負荷運轉(zhuǎn)時或者原料及輔料的特性發(fā)生變化時，進入高架流槽內(nèi)的粉塵超過正常值，若設計流速選取不合適，可能會造成高架流槽內(nèi)粉塵堆積，無法通過水流將其沖走，長

9、久后越積越多,導致高架流槽的水溢出。在上述情況卜高架流槽內(nèi)的水流態(tài)宜按照固液兩相流來考慮，通過兩相流計算出高架流槽內(nèi)的臨界流速，高架流槽內(nèi)的水高架流槽的臨界流速是指在固體顆粒一定時，固體顆粒在高架流槽中保持懸浮狀態(tài)而不產(chǎn)生滑動層和淤積層的最低流速，高架流槽的工作流速一般都應高于臨界流速，才不會導致固體顆粒沉積。計算臨界流速的公式較多，其中較著名的為B.C.克諾羅茲方法七臨界水深的確定：當0.07<dP<0.15_mm時：Q=03茁A（l+3.5妞4姨Hr）其中Q二設計流量，奇慫臨界流速時的水深，m;山-加權平均粒徑；A-有效過流斷面積，肝；Zw質(zhì)量粘桐度的100倍；成-密度修正系數(shù)

10、前=（yl）/L7,r廠固體密度»t/m3o_臨界流速V產(chǎn)姨Q伊姨R伊Cio-設計坡度,0.02;R-水力半徑；C-謝才系數(shù)，OL冊Ry：n-粗糙系數(shù)，鋼制溜槽取0.012；y-指數(shù)，按下式計算：y=2.5姨n-0.13-0.75姨R（姨n根據(jù)R.C.克諾羅茲方法，可以初步計算本文案例中的高架溜槽臨界流速為1.82m/s.原設計流速1.58ms小于此值，在邊界條件變化后就出現(xiàn)淤積和溢流現(xiàn)象。由于轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，煙氣的成分會隨著礦料的成分變化，而且如本文中案例，轉(zhuǎn)爐的低品位的原材和輔料導致煙氣含塵量增大，若還按照單相流計算，則計算出來的流速應適當取1.151.3的系數(shù)。此外，含固體顆粒

11、的的水流進入高架流槽需要經(jīng)過一定的距離后才能形成均勻流L'胞?。┛紤]到理論計算與工程實際的偏離，集水槽排水豎管采用DN300管道，此時富裕水頭為7.162-5.102=2.060m,富裕水頭采用閥門進行調(diào)節(jié)，閥門口徑DN300o改造后高中壓回水管示意圖詳見圖4。圖4排水豎管改造后回水管示意圖豎管改造施工完成后，再次進行通水調(diào)試，在調(diào)試過程中，通過閥門開度調(diào)節(jié)管路水頭損失，保證集水槽液面恒定，始終高于防渦流檔板約300mm左右，即使管路總水頭損失基本與系統(tǒng)可提供的水頭損失一致，防止氣體在水流抽真空的作用下進入管道中。工程實際投運后，連續(xù)幾個月未出現(xiàn)排水槽上涌或噴流的情況。5結論"

12、;%）高、中壓回水管由埋地敷設改為架空敷設以后，有效的解決了循環(huán)水管道破裂漏水的問題，減少了生產(chǎn)新水的消耗量，節(jié)約了水資源。（2）高、中壓回水管管徑由DN1500改為DN900,（3）由于挾氣囊的液體兩相瞬變流變化過程復雜計算要比單相瞬變流計算不可靠得多，因此重力輸水管要從源頭防止氣體進入管道。（4）重力流管道的輸水要根據(jù)相關公式，進行精確的水力學計算，使管路總水頭損失與系統(tǒng)可提供的水頭損失基本一致，防止管道過小或過大。參考文獻1楊玉思，張世昌，付林I?有壓供水管道中氣囊運動的危害與防護J報中國給水排水，2002.180）：3233.收稿日期：2017-03-06作者簡介：羅金華（1973-），女，碩上，高級工程師，現(xiàn)從事給排水設計及研究工作.大大節(jié)省了工程占地和投資費用。（上接第52頁）特別是起始的高架流槽，往往受到下游支溝匯入高架流槽時的頂托作用，上游洞水嚴重，水深偏大、流速偏小，極易沉淀淤堵，流槽進口段可適當增大底坡，設計流速比后段流槽設計流速稍大，在支管匯入處，盡星順直接入。4結論高架流槽的流速是確保高架流槽安全運行的重要因素，在設計高架流槽的時候，應充分考慮到煙氣中的塵泥在水中的沉降影響。若無條件按單相流計算時，建議計算后的流速應考慮1.151.3的系數(shù)，在有條件時，應對高架流槽進行兩相流計算，確定在一定條件下（如冶煉周期、原料和輔料特性）的