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在钢铁企业中,由于空分装置连续作业和转炉炼钢间歇吹氧的矛盾,高压输氧管网中氧气压力始终是波动的,而为了保证用户的吹氧压力(约1.2MPa),通常会把输氧管网运行压力设置在2.0MPa~3.0MPa,这不仅增加了管网的输氧能耗即氧压机能耗,还增加了输氧管网超压放散的频率。
为探讨高压输氧管网结构本身在降低氧压机能耗以及增加输氧管网自身缓冲能力两方面的潜力,本文从高压输氧管网中球罐群的位置和体积以及管线直径这三个因素着手,使用MATLAB7.1进行了管网动态仿真的数值模拟,以获得它们在输氧管网运行过程中对氧压机能耗和管网自身缓冲能力的影响规律。在求解输氧管网动态仿真模型时,本文结合高压输氧管网自身的结构特点,对直线法和隐式差分法两种数值方法进行了研究,并从计算效率以及计算的稳定性两方面进行考虑,最终选择了隐式差分法。
研究结果表明:
(1)随着球罐群越靠近炼钢车间的氧气管路调压阀,氧压机能耗也越低,管网自身的缓冲能力也越大;在所建输氧管网模型中,当球罐群离调压阀距离为100m时与2400m时相比,氧压机能耗可降低7.2%。
(2)随着球罐体积增加,氧压机能耗也随之降低,但降低的幅度会逐渐降低,而管网自身缓冲能力的增幅基本不变,其球罐群体积也是影响管网自身缓冲能力的主要因素;在所建输氧管网模型中,6个球罐时氧压机的能耗要比2个球罐时降低4.7%。
(3)随着管线直径D增大,氧压机能耗会逐渐降低,管网自身的缓冲能力也随之增大,但两者变化的幅度会逐渐减弱,其管线直径也是影响氧压机能耗的主要因素;在所建输氧管网中,当D为0.6m时氧压机的能耗比D为0.3m时降低12.7%。
(4)通过仿真模型确定了本文所建高压输氧管网模型的最佳运行压力范围,以氧压机排气口为参考点,最佳运行压力波动范围为1.63MPa~2.59MPa,为降低管网运行压力的可行性提供了依据,并且当输氧管网贴近管网最佳下限运行压力时比贴近最佳上限运行压力时,氧压机能耗减少12.7%。
该研究为降低输氧管网的输送压力及氧气放散率提供了一些理论依据,并为现运行及以后新建高压输氧管网的配置提供一些借鉴和参考。