در محیط پرمخاطره تولید یکپارچه فولاد، کوره اکسیژن پایه (BOF) به عنوان قلب تپنده تولید عمل میکند. در طول مرحله "دمیدن" اکسیژن، مبدل حجم عظیمی از گاز خروجی تولید میکند. این "گاز مبدل" به دلیل محتوای بالای مونوکسید کربن (CO) - اغلب 65% تا 75% - که آن را به سوخت اصلی برای تولید برق تبدیل میکند، فوقالعاده ارزشمند است. با این حال، همین غلظت CO، همراه با گرمای شدید، گرد و غبار فلزی ریز و ماهیت متناوب فرآیند فولادسازی، جریان خروجی را به یک خطر بسیار انفجاری تبدیل میکند.
برای تصفیه ایمن این گاز بدون خرابی فاجعهبار، نمیتوان از رسوبدهندههای الکترواستاتیک مستطیلی استاندارد (ESP) استفاده کرد. در عوض، مهندسان باید از یک سیستم بسیار تخصصی و ضد انفجار استفاده کنند. ESP استوانهایدر این بررسی عمیق فنی، دینامیک سیالات، فیزیک سازه و مکانیسمهای ایمنی الکتریکی که معماری استوانهای را الزامی میکنند، بررسی میکنیم.
۱. تهدید: ماهیت قابل احتراق گاز مبدل
برای درک ضرورت طراحی ESP استوانهای، ابتدا باید ماهیت فرار گازی که با آن تصفیه میشود را تجزیه و تحلیل کرد. فرآیند BOF پیوسته نیست؛ بلکه یک فرآیند دستهای است. در طول دوره لنسینگ اکسیژن، اکسیژن خالص با کربن موجود در آهن مذاب واکنش میدهد و مقادیر زیادی گاز CO تولید میکند.
خطر تناوب: از آنجا که دمیدن هوا متناوب است، ترکیب گاز داخل مجرای اگزوز به شدت در نوسان است. در طول شروع و پایان دمیدن، هوای محیط (حاوی اکسیژن 21%) به راحتی میتواند به داخل سیستم کشیده شود. مونوکسید کربن دامنه انفجاری وسیعی دارد - وقتی CO با غلظتهای بین 12.5% و 74% با هوا مخلوط شود، هر منبع احتراقی باعث انفجار شدیدی خواهد شد.
درون یک رسوبدهنده الکترواستاتیک، هزاران ولت به الکترودهای تخلیه اعمال میشود تا گاز را یونیزه کرده و گرد و غبار را جذب کند. جرقه الکتریکی گاه به گاه (آرک) بین الکترودها و صفحات جمعآوری عملاً اجتنابناپذیر است. بنابراین، ESP منبع احتراق دقیقی را که برای انفجار CO/O لازم است، فراهم میکند.2 مخلوط. برای جلوگیری از تخریب فاجعهبار، شکل فیزیکی و آببندی ESP باید تضمین کند که مخلوطهای گاز انفجاری هرگز نمیتوانند در وهله اول جمع شوند.
۲. الزام آیرودینامیکی: حذف «مناطق مرده»
چرا نمیتوان از یک ESP مستطیلی استاندارد جعبهای شکل استفاده کرد؟ پاسخ در دینامیک سیالات و مفهوم وحشتناک «مناطق مرده» نهفته است.
عیب طرحهای مستطیلی
در یک ESP مستطیلی استاندارد، گوشههای ۹۰ درجه ناهنجاریهای آیرودینامیکی طبیعی ایجاد میکنند. هنگامی که گاز از طریق یک جعبه مربع یا مستطیل جریان مییابد، اصطکاک و جریانهای گردابی باعث میشوند سرعت گاز در گوشههای تیز به نزدیک صفر کاهش یابد. این مناطق به عنوان "مناطق مرده" یا "مناطق کور" شناخته میشوند.
در طول مراحل گذار از دمش BOF، زمانی که هوا به ناچار با CO مخلوط میشود، این مخلوط بسیار انفجاری میتواند در این مناطق مرده به دام افتاده و راکد بماند. اگر جرقه الکتریکی در نزدیکی رخ دهد، توده گاز انباشته شده منفجر خواهد شد.
راه حل استوانه ای
با طراحی محفظه ESP به عنوان یک سیلندر بینقص، مهندسان گوشهها را به طور کامل حذف میکنند. پروفیل آیرودینامیکی یک سیلندر، جریان گاز خطی و پیستونمانند را از طریق راکتور تضمین میکند. هیچ حفره ۹۰ درجهای برای تشکیل جریانهای گردابی وجود ندارد.
در نتیجه، هرگونه مخلوط گاز/هوای قابل انفجار که وارد ESP شود، بلافاصله از طریق سیستم تخلیه میشود. با حفظ کنترل دقیق سرعت گاز و اطمینان از محیطی «عاری از گوشه»، تشکیل مناطق مرده قابل احتراق از نظر ساختاری غیرممکن است.
شماتیک ساختاری یک مبدل نوع خشک استوانهای ESP
۳. مهار فشار: جان سالم به در بردن از انفجارهای ریز
حتی با آیرودینامیک عالی، گاهی اوقات ممکن است در طول اختلالات شدید فرآیند، انفجارهای جزئی (میکرو انفجارها) رخ دهد. تجهیزات باید طوری ساخته شوند که این افزایش ناگهانی فشار را بدون پارگی تحمل کنند.
تنش حلقهای در مقابل تنش خمشی
از دیدگاه مهندسی مکانیک، صفحات فلزی تخت (که در ESP های مستطیلی استفاده میشوند) فشار داخلی را بسیار ضعیف تحمل میکنند. نیروهای فشاری باعث میشوند صفحات تخت خم شوند و خم شوند (تنش خمشی)، که برای جلوگیری از پارگی به مقادیر زیادی تقویت خارجی سنگین نیاز دارد.
با این حال، یک سیلندر، فشار داخلی را به ... تبدیل میکند. استرس حلقه (کشش در سراسر محیط پوسته). فولاد به طرز باورنکردنی کشش را تحمل میکند. طراحی استوانهای به پوشش بیرونی ESP اجازه میدهد تا در برابر فشارهای داخلی بسیار زیاد مقاومت کند—تا 0.2 مگاپاسکال- بدون اینکه دچار تغییر شکل ساختاری شود.
- آببندی بدون نشتی: شکل استوانهای امکان جوشکاری پیوستهی برتر را فراهم میکند و به یک ساختار آببندی شدهی 100% با میزان نشت هوای "صفر" دست مییابد. این امر از ورود هرگونه هوای فرار و ایجاد مخلوط انفجاری جلوگیری میکند.
- شیرهای اطمینان انفجار: در بالای محفظه استوانهای، شیرهای اطمینان کالیبره شدهای تعبیه شدهاند. اگر افزایش ناگهانی فشار از محدوده عملیاتی ایمن فراتر رود، این شیرها در عرض چند میلیثانیه باز میشوند و نیروی انفجار را به طور ایمن به سمت بالا و به جو تخلیه میکنند و الکترودهای داخلی پرهزینه و صفحات جمعکننده را از تخریب نجات میدهند.
محفظه استوانهای تقویتشده با تحمل فشار 0.2 مگاپاسکال
۴. ایزوله کردن سیستم جرقهزنی: معماری ایمنی ولتاژ بالا
تناقض اصلی مبدل نوع خشک ESP این است که باید بیش از 60،000 تا 80،000 ولت برق را به محفظهای پر از گاز بسیار قابل اشتعال تزریق کند. نقاطی که کابلهای برق ولتاژ بالا وارد محفظه فولادی میشوند، مکانهای اصلی برای قوس الکتریکی فاجعهبار هستند. برای ایمنسازی این آسیبپذیریها، سیستمهای عایقبندی تخصصی مهندسی شدهاند.
جعبه عایق تخلیه شده
خطوط ولتاژ بالا از طریق عایقهای سرامیکی عظیم که در فولاد سنگین قرار گرفتهاند، وارد ESP میشوند. جعبههای عایقبرای جلوگیری کامل از نفوذ گاز مبدل به داخل این جعبهها و اشتعال توسط جرقههای سرگردان، جعبهها به طور مداوم با گاز نیتروژن بیاثر و گرم (N2) تحت فشار قرار میگیرند.2). این مانع فشار مثبت تضمین میکند که جریان گاز قابل احتراق هرگز با ورودیهای الکتریکی حساس تماس پیدا نکند.
بطریهای مغناطیسی عایق
سیستم کاتد داخلی (که ولتاژ بالا را حمل میکند) بسیار سنگین است و باید از نظر فیزیکی از سقف محفظه ESP آویزان باشد. این کار با استفاده از سازههای سرامیکی عظیم که به عنوان ... شناخته میشوند، انجام میشود. بطریهای مغناطیسی عایق (یا عایقهای نگهدارنده). این اجزا دارای قدرت دیالکتریک فوقالعادهای هستند که قادرند از برخورد بار ۸۰ کیلوولتی به بدنه فولادی جلوگیری کنند، در عین حال که همزمان وزن سازهای چندین تنی را در گرمای شدید تحمل میکنند.
۵. سرکوب هوشمند جرقه: قدرت فرکانس بالا
ترانسفورماتورهای یکسوکننده با فرکانس خط سنتی (50/60 هرتز) به جرقه الکتریکی خیلی کند واکنش نشان میدهند. اگر در یک ESP استاندارد قوس الکتریکی تشکیل شود، قبل از اینکه مدارشکن عمل کند، شوک عظیمی از انرژی به جریان گاز وارد میکند - بیش از انرژی کافی برای اشتعال مونوکسید کربن.
برای کاهش این مشکل، مبدلهای گازی نوع خشک (Dry Type Converter Gas ESPs) از فناوری پیشرفتهای استفاده میکنند. منابع تغذیه فرکانس بالا (HFPS)این سیستمهای هوشمند برق که در فرکانسهای ۲۰ کیلوهرتز تا ۵۰ کیلوهرتز کار میکنند، میدان الکتریکی را در حد میکروثانیه رصد میکنند. به محض تشخیص شرایط پیش از جرقه، HFPS فوراً برق را قطع میکند و قبل از اینکه قوس بتواند انرژی حرارتی کافی برای ایجاد آتشسوزی را فراهم کند، آن را خاموش میکند. پس از رفع خطر، برق در حد میلیثانیه دوباره افزایش مییابد و جمعآوری گرد و غبار با راندمان بالا و بدون وقفه را بدون به خطر انداختن ایمنی کارخانه تضمین میکند.
واحد منبع تغذیه هوشمند با فرکانس بالا
همین امروز عملیات فولادسازی خود را ایمن کنید
کار با مبدل گاز BOF نیازمند ایمنی بیچون و چرا و مهندسی تخصصی است. پمپهای ESP نوع خشک استوانهای ما به صورت سفارشی مهندسی شدهاند تا عملکرد بدون نشتی و ضد انفجار را ارائه دهند و در عین حال میزان انتشار گازهای گلخانهای شما را به زیر 10 میلیگرم بر نیوتن متر مکعب برسانند.
