JP5641247B2

JP5641247B2 - セプタム弁の操作方法

Info

Publication number: JP5641247B2
Application number: JP2011286732A
Authority: JP
Inventors: 健一川野; 吉克後藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013133540A

Description

本発明は、セプタム弁の操作方法に関する。

製鉄所の高炉は、一般的に、高炉の炉頂ガス圧力を電力として回収する炉頂圧回収発電装置（以下、ＴＲＴと記す。）を有する。高炉では、高炉装入物を装入するときの外乱により、炉頂ガス圧力が変動する。炉頂ガス圧力を一定に保つために、通常は、ＴＲＴの翼の角度を調整することにより、炉頂ガス圧力を制御している。しかし、高炉操業中に、ＴＲＴが緊急停止する場合、又は、ＴＲＴ補修等の計画停止の場合は、ＴＲＴに並行する配管経路に設置したセプタム弁が、炉頂ガス圧力を制御する。セプタム弁の操作が不適切な場合は、炉頂ガス圧力のハンチングを引き起こし、高炉操業は、スリップや吹き抜け等の炉況不調につながる。したがって、炉頂ガス圧力の安定化は、きわめて重要な課題である。

前記セプタム弁は、通常は、回転角度を変更するバタフライ弁であり、配管経路に互いに並行接続される制御弁、レンジ弁及び緊急開放弁から成る。制御弁は、炉頂ガス圧力の微調整を行い、レンジ弁は、制御弁による炉頂ガス圧力が、一定のレンジを超えたときに開閉による調整を行い、緊急開放弁は、ＴＲＴ故障等のＴＲＴ緊急停止時に、緊急開放される。

セプタム弁による、炉頂圧制御方法として、制御弁の開度が一定のレンジを超えたとき、レンジ弁の弁開度のＣＶ１値を求め、このＣＶ１値に予め設定したＣＶ値を加算又は減算し、この加・減算ＣＶ２値から前記レンジ弁の弁開度を求めて、その弁開度に該レンジ弁を開閉制御すること、さらに、レンジ弁の動作方向と前記自動弁の動作方向が逆になった場合に、該レンジ弁の弁開度制御を停止することを特徴とする高炉の炉頂圧制御方法が開示されている（特許文献１）。

又、ＴＲＴ停止時に、発電機で吸収していたガスを逃がすフィードフォワード制御を行うと共に、該制御に伴った、高炉炉頂圧力の変動を抑制するため、高炉炉頂と発電機との間にある差圧式除塵機におけるフィードバック制御を一時停止させることを特徴とする高炉炉頂圧制御方法が開示されている（特許文献２）。

又、高炉の炉頂圧力を、炉頂ガスにより発電する炉頂圧発電機と、該炉頂圧発電機と並列に設けられたセプタム弁により制御する際に、高炉原料の装入時に、炉頂圧力が変動しないよう、前記炉頂圧発電機側をフィードフォワード制御することを特徴とする高炉の炉頂圧力制御方法が開示されている（特許文献３）。

特開平８−１３０１２号公報特開２００６−２１３９５２号公報特開２００７−２５４７６９号公報

高炉の炉頂圧制御は、ＴＲＴによる電力回収を行う通常時は、ＴＲＴの翼の角度調整により行うが、ＴＲＴの計画停止時は、セプタム弁による炉頂ガス圧力制御に切り替えることが必要であり、この切り替え時の炉頂ガス圧力の変動を抑制することが重要である。又、前記切り替え時に、３つのセプタム弁のうちの一つに過大な炉頂ガス量が流れると、配管経路に振動をきたし、配管損傷につながる虞がある。

前記特許文献１に記載の発明は、セプタム弁による炉頂圧制御時に、制御弁とレンジ弁の開度の調整方法を規定する発明である。ＴＲＴによる制御からセプタム弁による炉頂ガス圧力制御に切り替える際の炉頂ガス圧力制御に関するものではない。

前記特許文献２に記載の発明は、ＴＲＴ緊急停止時に対応し、セプタム弁以外に集塵機の負圧も同時に制御するものであり、ＴＲＴ計画停止時の炉頂ガス圧力制御に関するものではない。

前記特許文献３に記載の発明は、高炉の炉頂圧力を、炉頂ガスにより発電する炉頂圧発電機と、該炉頂圧発電機と並列に設けられたセプタム弁により制御する際の通常操業時の炉頂ガス圧力制御に関するものであり、ＴＲＴ計画停止時の炉頂ガス圧力制御に関するものではない。

ＴＲＴの計画停止時には、ＴＲＴによる制御からセプタム弁による炉頂ガス圧力制御に切り替えるが、炉頂ガス圧力が変動すると、高炉操業が悪影響を受けるという問題がある。又、３つのセプタム弁のうちの一つに過大な炉頂ガス量が流れることにより、配管経路が振動し、配管損傷をきたすという問題がある。
本発明の目的は、ＴＲＴの計画停止時の炉頂ガス圧力の変動を小さくするセプタム弁の操作方法の提供である。

炉頂圧発電設備と、炉頂圧発電設備に並行して設けられたセプタム弁とを備えた高炉のセプタム弁の操作方法であって、前記セプタム弁は、配管経路により互いに並行接続される制御弁、レンジ弁及び緊急開放弁を備え、予め、前記セプタム弁の配管経路に振動検出装置を設け、前記振動検出装置により、前記配管経路に生じる振動の加速度が所定値以下となるような前記緊急開放弁の開度上限値、及び、開度上限値に達する時間を把握しておき、炉頂圧発電設備の計画停止時に、前記緊急開放弁を、把握した開度上限値に、把握した開度上限値に達する時間で、前記緊急開放弁の開放制御を行うことを特徴とするセプタム弁の操作方法。本発明者は、ＴＲＴの計画停止によるセプタム弁による炉頂ガス圧力制御に切り替える際に、従来はＴＲＴ故障等のＴＲＴ緊急停止時にのみに用いられていた緊急開放弁を用いることを考えた。緊急開放弁の開度と配管振動の関係を事前に把握し、配管振動をひき起こさない範囲に、緊急開放弁を開放することにより、ＴＲＴによる制御からセプタム弁による炉頂ガス圧力制御に切り替えの際の炉頂ガス圧力の変動を小さくすることができることを見出した。本発明は、この知見に基づいて上記の課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）炉頂圧発電設備と、炉頂圧発電設備に並行して設けられたセプタム弁とを備えた高炉のセプタム弁の操作方法であって、
前記セプタム弁は、配管経路により互いに並行接続される制御弁、レンジ弁及び緊急開放弁を備え、
予め、前記セプタム弁の配管経路に振動検出装置を設け、前記振動検出装置により、前記配管経路に生じる振動の加速度が所定値以下となるような前記緊急開放弁の開度上限値、及び、開度上限値に達する時間を把握しておき、
炉頂圧発電設備の計画停止時に、前記緊急開放弁を、把握した開度上限値に、把握した開度上限値に達する時間で、前記緊急開放弁の開放制御を行うことを特徴とするセプタム弁の操作方法。

本発明は、ＴＲＴの計画停止時の炉頂ガス圧力の変動を小さくするセプタム弁の操作方法を提供することができる。

高炉の炉頂圧制御機器の概略を示す図。セプタム弁の出側配管に設けられた圧力測定及び振動検出装置を示す図。（Ａ）は、圧力測定及び振動検出装置、（Ｂ）は、ひずみゲージの位置を示す。セプタム弁開度と加速度の関係を示す図。緊急開放弁を開いた場合の炉頂圧の推移を示す図。緊急遮断弁の開度速度が、５％／ＭＩＮの場合の炉頂圧変動を示す図。緊急遮断弁の開度速度が、１０％／ＭＩＮの場合の炉頂圧変動を示す図。セプタム弁の開度が７０％と４０％の場合のガス流速と圧力振幅を示す図。セプタム弁の開度が５０％と５０％の場合のガス流速と圧力振幅を示す図。

図１に、高炉の炉頂圧制御機器の概略を示す。高炉１から排出する高炉ガスは、圧力が２００乃至３００ＫＰＡにおよび、乾式集塵機２又は湿式集塵機３で除塵され、調速弁４で調速された後、ＴＲＴ５により圧力エネルギーが電力として回収される。
通常操業時は、高炉ガスは、ＴＲＴ５を有する配管経路に流されるが、ＴＲＴ５の修繕等の計画停止時には、ＴＲＴ５に並行して設けられたセプタム弁６を有する配管経路に流される。

セプタム弁６は、制御弁７、レンジ弁８及び緊急開放弁９の３個の弁から成る。従来、セプタム弁６による炉頂ガス圧力制御は、制御弁７により微調整を行い、制御弁７の制御範囲が一定の範囲を超えたときに、レンジ弁８の開度を開閉して行われ、緊急開放弁９は、通常閉とし、ＴＲＴ５の突発故障等の緊急時に緊急開放されてきた。

（ＴＲＴ計画停止時の緊急開放弁９の利用について）
ＴＲＴ５の計画停止時に、ＴＲＴ５による制御からセプタム弁６による炉頂ガス圧力制御に切り替える必要があるが、炉頂ガス圧力の変動を抑制し、高炉操業の安定を図ることが重要である。又、３つのセプタム弁のうちの一つに過大な炉頂ガス量が流れると、配管経路が振動し、配管損傷をきたすという問題がある。

本発明者は、ＴＲＴ５の停止時には、大量の高炉ガスがセプタム弁６を有する配管経路に流されることに鑑み、従来は、ＴＲＴ５の突発故障等の緊急時にのみ緊急開放される緊急開放弁９を、ＴＲＴ５の計画停止時に用いることを考えた。
本発明の第一の特徴は、ＴＲＴ５の緊急時にのみ緊急開放される緊急開放弁９を、ＴＲＴ５の計画停止時の炉頂ガス圧力制御に用いることである。

（緊急開放弁の開度上限値について）
内容積５０００Ｍ^３級の大型高炉において、ＴＲＴ５の計画停止時に、セプタム弁６による炉頂ガス圧力変動と、配管経路の振動を測定した。セプタム弁径９９６ＭＭ、セプタム弁部の配管直径は１０００ＭＭである。セプタム弁の出側配管１０に、振動センサー１１、ひずみゲージ１２及び圧力測定口１３を設けた。
図２に、セプタム弁６の出側配管に設けられた圧力測定口１３、振動センサー１１及びひずみゲージ１２の配置を示す。ひずみゲージ１２は、溶接線１５から２００ＭＭの位置である。

制御弁７、レンジ弁８及び緊急開放弁９の開度を変更した場合の加速度（Ｇ）を測定した結果を表１に示す。

表１のセプタム弁開度と加速度の関係を図３に示す。
図３において、セプタム弁の開度が、５０％以下の場合は、加速度が７０Ｇ以下であった。従って、本測定を行った高炉においては、それぞれのセプタム弁の開度は、５０％以下であることが好ましい。
以上のことより、本発明の第二の特徴は、予め、セプタム弁の配管経路に振動検出装置を設け、振動検出装置により配管経路に生じる振動が、所定値以下となるような緊急開放弁の開度上限値を把握しておくことである。

（緊急開放弁の開度上限値に達する時間について）
次に、前記内容積５０００Ｍ^３級の大型高炉において、ＴＲＴ５の計画停止時に、緊急開放弁９を閉じた状態から、開度を開放する時間について検討した。緊急開放弁９が閉の状態から、除々に４７％まで開度を開放する実験を行った。図４に緊急開放弁９を開いた場合の炉頂圧の推移を示す。Ａ期間は、緊急開放弁９が閉の状態である。その後、緊急開放弁９を開放していき、Ｂ期間は、緊急開放弁９の開度を３％／ＭＩＮの速度で開放した期間である。Ｃ期間は、緊急開放弁９の開度を４７％、レンジ弁８の開度を４０％とした場合である。Ａ，ＢおよびＣの期間の炉頂圧の変動を表２に示す。

Ｂ期間は、緊急開放弁９を３％／ＭＩＮの速度で開放する移行期間である。

Ａ期間は、緊急開放弁９が閉の状態であるため、制御弁７の開度が５５〜７５％で、制御弁７の配管経路の加速度が７０Ｇを超え、緊急開放弁９の開放が必要である。Ｂ期間は、緊急遮断弁９の開放への移行期間であり、弁開度を３％／ＭＩＮの速度で開放した。Ａ期間に比較し、炉頂圧の変動は、若干増加した。Ｃ期間は、緊急開放弁９を４７％に開放した期間であり、３つの弁の開度は、５０％前後であり、炉頂圧の変動は小さく、セプタム弁後の振動による加速度も７０Ｇ程度で小さい。

次に、緊急開放弁９を５％／ＭＩＮ及び１０％／ＭＩＮの速度で開放した場合の炉頂圧の変動を調査した。図５に緊急遮断弁９の開度速度が５％／ＭＭの場合の炉頂圧変動を示す。図６に緊急遮断弁の開度速度が１０％／ＭＭの場合の炉頂圧の推移を示す。又、その場合の炉頂圧の変動を表３に示す。

緊急開放弁９を閉じた状態から、開度を開放する移行期間の緊急開放弁９の開放速度は、３％／ＭＩＮの速度で開放するのが、炉頂圧の変動が小さかった。したがって、本測定を行った高炉においては、緊急開放弁９の開度は、３％／ＭＩＮの速度で開放することが好ましい。
以上のことより、本発明の第三の特徴は、セプタム弁の配管経路に設けた振動検出装置により、あらかじめ把握した開度上限値に達する時間で、緊急開放弁９を開放することである。

次に、セプタム弁を流れる高炉ガスの流体解析を行った。セプタム弁に流入するガス量を９５０ＫＮＭ^３／Ｈ、入り口圧力を２１０ＫＰＡ、温度７０℃とした。セプタム弁径９９６ＭＭ、セプタム弁部の配管直径は１０００ＭＭである。
緊急開放弁９を閉じた状態で、制御弁７の開度７０％、レンジ弁８の開度４０％とした場合の解析結果を図７に示す。制御弁７の直後のガス流速は、マッハ２に達する。制御弁７の出側配管１０の圧力振幅のピークは、２ＫＰＡ程度であるが、制御弁７の流出境界１４での変動は、５．５ＫＰＡと高かった。
緊急開放弁９を５０％に開放した状態で、制御弁７の開度５０％、レンジ弁８の開度５０％とした場合の解析結果を図８に示す。制御弁７の直後の流速は、マッハ１．２程度である。制御弁７の出側配管１０の圧力振幅のピークは、１ＫＰＡ以下となり、制御弁７の流出境界１４での変動は、ピークが消失していた。
緊急開放弁９を開放することにより、制御弁７のガス通過量を低減し、ガスを分配することにより、セプタム弁６の出側の圧力変動と振動発生を抑制することができることを確認した。

高炉の炉頂圧回収発電装置（ＴＲＴ）の計画停止時に、炉頂ガス圧力の変動を小さくするセプタム弁の操作方法を提供することができる。

１…高炉、２…乾式集塵機、３…湿式集塵機、４…調速弁、５…ＴＲＴ、６…セプタム弁、７…制御弁、８…レンジ弁、９…緊急開放弁、１０…セプタム弁の出側配管、１１…振動センサー、１２…ひずみゲージ、１３…圧力測定口、１４…流出境界、１５…溶接線。

Claims

炉頂圧発電設備と、炉頂圧発電設備に並行して設けられたセプタム弁とを備えた高炉のセプタム弁の操作方法であって、
前記セプタム弁は、配管経路により互いに並行接続される制御弁、レンジ弁及び緊急開放弁を備え、
予め、前記セプタム弁の配管経路に振動検出装置を設け、前記振動検出装置により、前記配管経路に生じる振動の加速度が所定値以下となるような前記緊急開放弁の開度上限値、及び、開度上限値に達する時間を把握しておき、
炉頂圧発電設備の計画停止時に、前記緊急開放弁を、把握した開度上限値に、把握した開度上限値に達する時間で、前記緊急開放弁の開放制御を行うことを特徴とするセプタム弁の操作方法。