带压仪表在线维护技术研究与应用

郭之明，沈海波

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司炼铁部，河北唐山063210)

摘要：压力容器和管道上仪表的在线维护是一个行业难题，维修时如果直接拆卸将会导致带压介质的大量泄漏。作者研究了一种自动阻隔装置，安装在仪表底座与仪表之间，利用内部的容置空间和活动的空心球实现带压仪表的在线拆装，不影响正常生产，可大尺减少介质泄漏，改善现场作业环境，有效提高仪表可维护性。该技术已成功应用于首钢京唐钢铁联合有限责任公司高炉炉体水温监测系统中，为企业节约了大量设备投资，具有广阔的应用前景和推广价值。

关键词：自动阻隔装置；压力容器和管道；仪表；在线维护

文献标志码：B文章编号：1000-7059( 2015) 06-0066-03

Research and application of on-line maintenance technology

for instruments in pressure vessel and piping

CUO Zhi-ming, SHEN Hai-bo

 ( Ironmaking Operation Dept. of Shougang Jingtang United Iron&Steel Co., Ltd., Tangshan 063210, China)

Abstract: The on-line maintenance of instruments in pressure vessel and piping is very difficult be-cause of the large leakage of pressure meclium in dismantling operation. An automatic shut-off deviceis studied in this paper, which is installed betwcen the instrument and its pedestal. The internal space and the kinetic hollow ball are used to implement the on-line maintenance of instruments in pressurevessel and piping without affecting the production. This device can greatly reduce the medium leak-age, improve the working environment, and enhance the maintainability of instruments. The  automatic shut-off device has been successfully applied in the water temperature monitoring system of blast fur-

nace in Shougang Jingtang United L-on&Steel Co., Ltd., which saves a great deal of equipment in-vestment, and has a broad application and popularization value.

Key  words: automatic  shut-off device; prcssure  vessel and piping; instrument; on-line  maintenance

 铠装热电偶、热电阻、压力计等插入式检测仪表广泛应用于各类压力容器和管道介质的在线检测系统，是生产过程控制中重要的检测设备。生产过程中，当这些带压仪表出现失准、损坏时，就需要对仪表进行离线检定和校准或维修、更换，此时只能关闭压力容器或管道，并进行泄压才能进行。但生产中某些重要介质不允许停供，因此带压仪表常常得不到及时维护，给生产带来很大影响。本文针对高炉冷却系统无法停水维护仪表的问题，研究了一种可以在线维护带压仪表的自动阻隔装置，可实现插入式带压仪表的在线快速拆装，维护过程不影响生产。该装置已成功应用于高炉冷却系统水温检测系统中，收到了良好效果。

1  在线维护的难点

 插入式带压仪表不能在线维护与仪表的安装方式有关。

 传统的仪表安装方式如图1所示，铠装仪表外部有保护套管，套管上装有连接密封件，在压力容器、管道上焊接仪表底座，仪表通过连接密封件直接安装在底座上：拆除仪表时如不关停压力容器、管道而直接松开连接密封件，拔出仪表，会引起带压介质的大量泄漏，造成浪费，并带来安全隐患，因此只能关停带压设备并进行泄压才能进行。

 除图1所示方式外，也可在连接密封件和底座之间增加一个手动球阀，当仪表完全拔出后快速手动关闭球阀，可在一定程度上减少介质的泄漏，但同样存在作业环境差、难度大的问题，如果使用的是有毒有害介质，还会造成人身伤害。

 现有的带压堵漏、密封、开孔等技术也不适用于仪表的带压维护应用，因此采用传统的仪表安装方式，在压力容器、管道带压状态下拆装仪表是仪表领域的一个难题：

2关键技术

 本文研究的在线维护技术采用一种自动阻隔装置有效解决以上问题，大大减少维护过程带压介质的泄漏，改善作业环境。

 自动阻隔装置由不锈钢本体、容置空间、偏置板、空心密封钢球、密封孔、上下仪表插入孔以及长期密封螺栓组成，内部结构剖视图见图2。容置空间中部呈圆柱形，上下部呈锥形，上部留有倒角的密封孔，下部内壁上焊有偏置板；空心密封钢球位于偏置板以上的容置空间内，可自由活动，钢球直径大于密封孔直径，两者可实现紧密密封。

 上仪表插入孔可与图1中的连接密封件螺纹连接，下插入孔可与图1中的仪表底座螺纹连接，使用了阻隔装置的仪表如图3所示。安装仪表时仪表通过插入孑L进入压力容器，空心密封钢球被仪表保护杆挤入容置空间的中部，由于偏置板的存在空心密封钢球不会落人下部空间，插入到位后，将连接密封件与阻隔装置上插入孔口紧固即完成安装。

 对于长期不安装仪表的情况，可在阻隔器插入口使用一个螺栓封堵，实现可靠密封，并可随时安装仪表，不影响生产。

3应用

 高炉冷却系统水温是监测炉体安全的一项 当仪表需要维护时，松开连接密封件，直接拔出仪表，此时压力容器、管道内的介质会在内部压力下向阻隔器喷出，使密封钢球浮起，直到空心密封钢球与密封孔接触，自动实现密封（如图4所示）。在空心密封钢球未到达密封面之前会有微量的带压介质泄漏出来，由于钢球在压力下上浮的时间很短暂，因此微量的泄漏并不影响作业（需要注意的是如遇危险介质同样需要做好作业人员安全防护）。

重要参数，通过测量冷却壁进出水的温度并计算差值，可得到炉体热流强度等重要数据。国内绝大多数高炉水温测量仪表都是使用图1的安装形式，由于测温仪表长期工作在恶劣工况下，因此测温热电阻经常出现失准、损坏的情况，但在高炉不停水状态下很难进行更换维护（水压通常在1.0 MPa以上），而高炉正常生产时绝不允许随意停水，为此首钢京唐高炉采用了带压仪表在线维护技术，在冷却壁冷却水管上安装了阻隔装置，生产中及时更换了损坏的测温仪表。

 京唐高炉有18段冷却壁，串联288根冷却水管，如果每段冷却壁每根水管都安装测温仪表，设备投资巨大。阻隔器的使用不仅解决了带压维护的问题，还使系统具有灵活的扩展性，对于暂时不需要监测的部位可以只安装阻隔器，并利用外部密封螺栓进行可靠密封，当需要监测时可随时挪用其他位置的仪表，给企业节约了大量的设备投资。

 在炼铁生产中，炉缸温度异常通常采用炉衬温度判断，但判断的区域是测点左右两块冷却壁，范围太大，不易于定点强化冷却。每块冷却壁有4根冷却水管，京唐高炉每隔一根水管安装一个阻隔器，使温度异常区域的判断精度达到1/4块冷却壁。这在二高炉炉缸治理过程中得到充分体现。

 2012年二高炉炉缸局部炉衬温度逐步升高，高温点位于炉缸侧壁第6、7层热电偶左右约4块冷却壁的宽度处。为准确确定炉衬温度异常位置，在I一3段冷却壁出口的186号、188号、190号、192号水管通过阻隔器快速安装了水温检测仪表，数据显示从186号管往192号管水温差依次降低，说明炉衬温度最高点并不是炉衬热电偶温度高点，而在其左侧位置。后补装180号、182号、184号管，数据显示182号管温差最高，由此确定了炉缸定点强化冷却方案，将182号、184号、186号、188号管3段冷却壁区域的除盐水改为工业水强化冷却，后配合炉内护炉，成功将异常区域炉衬温度控制到正常范围。

4  总结

 本文研究的在线维护技术成功解决了压力容器、管道上仪表带压在线维护的行业难题，可有‘效减少在仪表维护过程中介质的泄漏和对设备运行的影响，大大改善作业环境，提高自动化仪表的可维护性，可广泛应用于各行业各类介质的压力容器和管道上，具有巨大的推广价值。

 阻隔装置于2012年获得一项实用新型专利授权，2013年成功应用于京唐高炉冷却系统水温监测中，不仅解决了仪表的在线维护问题，还使系统具有灵活的可扩展性，仪表可共用，为企业节约了大量的设备投资，同时能快速准确定位炉缸炉衬温度异常区域，缩短炉缸治理时间，在高炉大型化、监测点数量成倍增加的趋势下，具有广阔的应用空间。