干熄焦中央风帽坍塌分析与研究

摘要：本文主要结合 A 公司干熄炉中央风帽坍塌事故，对中央风帽的作用、坍塌原因进行了分析与研究，并提出了优化措施。

关键词：干熄炉；中央风帽；小风帽

2013年A公司干熄焦在排焦时发现一块鼓风装置风帽断 裂的衬板，运行过程中逐步有风帽衬板脱落，排焦温度超标， 至 9 月 1 日 0：00 停止装焦，被迫停产检修。事故对该公司 生产组织造成了较大影响，经济损失较大。

1 中央风帽结构与受损情况

1.1 中央风帽结构

中央风帽位于干熄炉底部，主要作用一是按圆周均匀分 配中央进风口进入干熄炉内的循环气体，使炉内焦炭与循环 气体均匀换热，二是对设置于中央位置的焦炭下料口有一定 阻挡作用，使炉内下料均匀，中央风帽示结构意图如图 1。

鼓风装置风帽分为大、小风帽 2 层，其主体采用立板连 接，立板之间用角钢和槽钢横拉连接构成骨架，类似伞状结 构。小风帽为整体铸造，材质为 H250，整体安装固定在上部 骨架上；大风帽由 2 段材质为 H250 铸造的衬板，安装在下 部骨架上，衬板之间采用螺栓固定在立板上；构成骨架的立 板安装固定在圆形钢结构上，圆形钢结构以十字空心梁作为 支撑，风帽重量及焦炭的下压力通过这个结构传递到十字空心梁。

1.2 中央风帽受损情况

经检查发现鼓风装置结构完全垮塌，风帽衬板全部脱落，支撑板以 180°作为分界分别向顺时针和逆时针方向倒塌，连接支撑整个风帽的圆形钢结构上部及内部肋板损坏，小风帽破损。

2 中央风帽坍塌原因分析

2.1 中央风帽受力计算

随着干熄焦小时处理能力增加，干熄焦装置，中央风帽 受到的静压力更强，经图 2 风帽强度计算书计算安全系数达到 2.4，且运行周期达到了四年，因此可以排除设计缺陷的问题。

2.2 中央风帽强度缺陷

风帽支撑结构筋板与风筒为固定板加螺栓连接，根据图纸要求需在安装调整完成后将固定板与风筒进行满焊。事故后经检查，此部位未焊接，结构强度未达到设计要求，另外风帽衬板支撑槽钢、角钢未焊透，强度与设计比较不够。A公司干熄焦自投产稳定运行四年，距上次检修 11 个月，在运行期间未发生问题，发生坍塌只能在整体结构结构失衡、 受力不均后，导致风帽倾斜，筋板、衬板撕裂，最终导致坍塌。

2.3 中央风帽坍塌分析

通过进一步比对分析发现，本次事故最初发现的一块结构钢板为小风帽部位，损坏的小风帽及掉落结构钢板如图 3，其损坏诱发原因为小风帽开裂。

正常情况下，大、小风帽承受焦炭的静态压力和焦炭下 降时的冲击力。由于风帽的设计为完全对称，使风帽结构左右摆动的垂直于中心的分解力是平衡的。由于小风帽开裂，8 月 18 日发现的衬板从小风帽上脱落，这样作用于垂直中心线的受力出现不平衡，这个不平衡力作用于反方向附近的立板间横拉角钢和槽钢，造成横拉角钢或槽钢的焊缝开裂并脱落。在横拉角钢或槽钢脱落后，立板变得不稳定，因相邻衬板是通过螺栓穿过立板进行固定的，衬板虽有足够的硬度但 是没有多少韧性，这样衬板螺栓连接处边缘开裂，衬板掉落到立板之间，这时的整体骨架开始失稳。

由于衬板的脱落，焦炭从立板间通过，会对立板产生侧向的、不稳定的压力，这对失稳的骨架更是雪上加霜，旁边立板之间的横拉角钢或槽钢接连脱落，衬板边缘开裂脱落， 立板以明显的分界线分别向顺时针和逆时针方向倒坍，一片压着一片。这样倒塌的速度是很快的，所以 8 月 29 日排出 2块衬板，在 30 日就排出了 8 块。在立板倒塌到一定数量后，整个支撑已经无法支撑残破的小风帽，小风帽开始倒落，但是连接的立板还能够紧紧的拉住它。在焦炭下落的拖动下， 对与十字空心梁连接的圆形钢结构上部造成了外拉式的破坏，有一处被撕裂，下部却是挤压以致内部肋板受压变形。

3 中央风帽的优化

3.1 中央风帽强度优化

但将以前为风帽框架固定连接板安装调整完后进行满 焊处理。将风帽衬板支撑槽钢由 10# Q235B 改用 14a Q345B，角钢由 63*63*6 Q235B 改用不等边角钢 100*80*10 Q235B，以加强其强度。

3.2 小风帽的保护优化

在检修手册中加入风帽支撑骨架、小风帽、十字风道检查、加固项目。

干熄焦每次年修投产前需装入冷焦，装焦点与风帽落差25 米，即风帽要承受焦炭的多次冲击，为保护中央风帽装焦时采用悬挂空油桶的方式进行保护，但干熄炉口直径只有 3米，而中央风帽直径 4.6 米，采用悬挂油桶的保护方式，无法全面保护中央风帽不受高度下落的焦炭冲击，同时油桶为独立悬挂，受冲击后会散开，无法连续保护风帽下落的焦炭冲击，焦炭冲击的不断累积会造成风帽损坏的隐患产生，因而制作了全新的风帽保护装置。

中央风帽作为干熄炉的核心设备如发生损坏将造成停产的严重后果，本次中央风帽的坍塌是由小风帽的损坏造成的，小风帽的损坏因素主要是装焦产生的冲击力及使用期过长造成的疲劳损伤，由微裂纹逐步扩大引起的。

来源：小黄人工业互联