可控气氛大型井式炉（XKJ产品）

可控气氛渗碳多用炉油槽爆炸实例分析- 学兔兔

发布时间：2023-12-03 作者: 可控气氛大型井式炉（XKJ产品）

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  可控气氛渗碳多用炉油槽爆炸实例分析- 学兔兔 可控 气氛 渗碳 多用 油槽 爆炸 实例 分析

  H e脚att rea tm 。ent I 热 处 fll!设 备 可控气氛渗碳多用炉油槽 爆炸实例分析 一 钱茂洪 摘要：阐述 了爆炸三要素及可控 气氛炉安 全送 气、停气操作规程。对一起 渗碳 多用炉油槽爆炸事故做多元化的分析 ，并针对此次 事 故提 出安 全预 防措 施 。 随 着科技 的进 步 ，可控气氛 热处理工艺及设备越来越受到重 视 ，各单 位 纷纷 购 进 了 各种 自 动化程度高、工艺参数控制精 度 高的可控气氛热处理炉 ，但在设 备使用 、维护 、保养方面却投入 不足；操作人 员安全意识 不强 ， 对可控气氛 、爆炸 三要素知之甚 少 ，往往 已身处险境 ，却浑然不 知 。 1 事故描述 某 专 业 热 处 理 厂 为 扩 大 产 能 ，购进 一台 渗碳 多 用炉生 产 线 ，该生产线包括前清洗机、渗 碳淬火 主炉设备 、后清洗机、回 火炉以 及料车和备料台。设备保 护气氛载 气为纯 甲醇气氛，富化 为丙烷 。 某 日上午 8 点渗碳 主 炉升温 刮9 00 后 ，开 始 进 行送 气操 作 ，8 A3 0 分左右 ，废 气排放管 排出的废气被点燃 ，炉膛压力为 2 0 0 P a 。中午 1 1 点3 0 分左右发现 I j 醇没有流量 ，油槽废气火焰已 经很小 ，炉压 表示值几乎为零。 操作 1 准备打 开炉瞠保护氮气时 3 6 ” 口 ： 处 铸 世 参磊 工 热 加 I m e t o l wor k n g 95o 口 om -l 1 1 m 土 才发现 储备的4 瓶氮 气储罐是空 罐 ，准备加注 甲醇以便让炉膛尽 快恢 复正压时 ，才意识到用桥式 起重机运输 甲醇到 甲醇储罐需要 走过 漫长的近 l O O m的距 离。 1 1 点3 8 分左右炉压 为零 ，油槽废气 燃烧 火焰完 熄灭 。约1 l 点4 0 分 甲醇开始加入主炉 ，加注 q 醇约 l rai n 后油槽发生爆炸 。 爆 炸造 成 渗 碳 炉 中 被 炸 坏 ，中门上的炉砖被炸飞 ，只剩 下两条 固定钢板 ，油槽防爆盖被 炸变形 ，淬火油从防爆盖飞溅而 出，飞 出的高温油滴落到油槽旁 边操作工的头上和脸上，造成轻 微烧伤 。爆 炸情况 见图1 ，图2 为 现场飞溅的淬火油 。 2 爆炸三要素 众所周知 ，往一个几乎密闭 的玻璃管 内通入氢气 ，然后用酒 精灯加热玻璃管 ，当加热到一定 程 度 时 ，玻 璃 管 口就 会喷 出火 焰 同时 发 出爆 鸣 声 。剧 烈的 燃 烧 反应 或者 说 爆炸 具 有 下 列特 征 ：爆炸瞬时完成 。爆炸起 点附近 压力急剧升高并伴有温度 升高 。爆炸周围介质在高压冲 击波作用下产生振动或受到机械 破坏 。 由于介质振动而产生 巨 大声响。 爆炸三要素或者说 三个条件 是 ： 密 闭空 间 。 爆炸 混 合 比。明火源或达到着火温度 。 上述 三 个 条件 是爆 炸 的 必要 条 件 ，只有 当条件爆炸混合 比形 成后 ，条件 明火源或达到着火 点再被满足 ，气体的爆燃 才会发 图1被炸坏的中门 图2 飞溅的淬火油 生 ， 条件密闭空 间只是加大 了爆炸的破坏性 。如果 条件 明 火源或达 到着火温度在 可燃气氛 与空气达到爆炸混 合比之前就存 在 ，也 f 会发生爆炸 ，例如加热 用的点 火烧嘴 ，电气控制 L 就是 先点 火，然后开 空气电磁阀 ，紧 接着再开燃气电磁阀，最终形成 稳 定燃 烧 的 火 焰 ；可控 气氛 炉 主炉送气操作，也是 先将主炉温 度升到7 5 0以上 ，再 向充满 空 气的高温 炉内通 人叮燃气氛 ，最 终达 到整个炉瞠全部允满可燃气 氛。实践 证明，对可控气氛热处 理炉 来说 先升温到 7 5 0 以 上再 送气的操 作是安 全的 ，并 已被广 泛应 川下热处理生产实际。 ( 1 )密 闭空 Ih J 爆炸 是 可 燃 气体 的爆 燃 ， 时伴 随 着 气 体体积 的膨胀 ，只要阻碍 了爆燃 气体膨胀 的空 间均 】丁 称为密闭空 间 。 个小玻 璃 管 r 以 称 为 密 闭窄 ，例如氧气爆呜试验 ；相 对封 寸 J 、独立的车 间也 町称为密 空IN 】 ，例如昆 【 J J 某厂锚粉 尘爆 炸 的 ，#问就足一个密闭 间。对 于 可控 气氛热处理设备来说 ，存 在密闭空 间是必然的 ，因为只有 在近 乎封 闭的主炉内才能升高温 度、建 保护气氛 、升高碳 势， 完成需要 的保护气氛加热及渗碳 等 ： 艺 。可控气氛炉的油槽就是 一 个典犁的且处于安全温 度之下 的封 空 间，在该 17 i J 发生爆炸 的可能性远高于使用温 度在安全 温 度之 卜的渗碳主 。 ( 2 )爆 炸极 限 f 1丁 燃 气体 与空 气混 合达到一定比例 ，遇 明 火或达到着火点就会发生爆炸 ， 这 个比例范 围的上限、 F限分 别 被称为爆炸极限的 限和下 限， 在此 比例范 之外就 不会发生爆 炸 。爆炸极限浓度范围越宽 ，该 种可燃气体的爆炸 危险性越火 。 对可控气氛热处理炉 来说 ，当炉 内充满可燃气氛 ，且炉 内的含氧 量 l 时 ，被认 为是 安全 的 。 一 个正在生产的相对来说是安全 的也即可燃气氛与空 气的混合比 在爆炸极限范围之外 的 可控气氛 热处理炉 ，当炉内压 力变化甚至 产生负压时 ，空气就可能倒吸进 炉内 ，使炉内已建立的 可燃气氛 与空气的安全混 合比进 入到爆炸 极限范 围之内。 表 l 为 可控 气 氛炉 易燃 气体 或有机液体裂解气与空气混 合的 爆炸极限。 ( 3 )明火 源或 着火 点 引 燃 可燃 气 氛 的最 低温 度 称 为 着 火点 ，对于已充满可燃气体的封 闭空间而青， 要很小的范 围或 局部 区域 内 存在 着 火点 或 者 说 达 到 可燃 温 度 ，哪 怕是 静 电火 花 ，都 可 能 引起 可怕的 爆 炸 ， 比 如在 加 油站 ，吸烟 是 绝 对 皮 禁止 的 。 对 可控 气 氛热 处 理炉 来 说 ，存 住以 下 几种 着 火 源 ： 热 工件 。 炉 内高温 钢 制零 件。高温辐射管。 炉 夫 】 运动 H eat-tr e at m e I 热 处 理 设 备 部件摩擦或掩击产生的火花。 3 可控 气氛炉安全送气 、 停气操作规程 几乎所 有的 叮控 气氛炉都宵 近 乎相同的使 用流程 ，将炉f温 度升高 ，然后进 行送气操作 ，并 通过对碳势、氮势的控制来渊 町燃 气体通入 量 ，表2 为常 呵 控 气氛的种类及基本组分含=lj ； = 。 无 论是 7 5 0以上进行 的渗碳 、 碳氮共渗抑或保护气氛加热 ，还 足7 5 0 以下进行 的渗 氮 、氮碳 共渗等工艺，通入炉内的可燃气 体 尢一 例外都 含有cO、H 等非 常危险的爆炸 气体 ，稍有不慎就 有爆炸的危险。 从可控 气氛炉使用来看 ，整 个炉膛就是一个密闭空 间， 此 呵控 气氛 炉的 所 有安 全操 作 觇 ，都是 围绕着火温度和爆炸极 限 要素展开的 ，要么保证炉瞠 所有区域在送 气之前升温到蓿火 温度之 上，要 么避免爆炸混合比 形成 。在7 5 0 安全温 度之 町 燃 气体 与 气以任何比例混合嚣 l 5 不会爆炸 ，而， 安全温 度之下他J l 的炉 予或者存 局部低温区域如 油漕的炉 了相对米蜕是危险的 ， 因为一 旦爆炸混 合比形成 ，要完 表1 可控气氛炉易燃气体或有机液体裂解气的爆炸极限 爆炸极限 ( ) 名称 化学式 下限 上限 氢气 H， 4 O 7 4 2 一 氧化碳 C0 l 2 5 0 7 4 2 甲烷 CH 4 5 0 l 5 0 丙烷 C H H 2 1 2 9 3 5 吸热 式气氛 8 5 7 1 氨分解气 5 4 7 3 1 甲醇 CH OH 5 5 3 6 5 丙酮 CH C OCH 2 i i 3 O 异丙醇 ( C Hj ) ! C HOH 2 0 l 2 0 煤油 】 0 7 5 参 工热 3 7 H e脚at-t呻reat州m ent I 热 处 理 设 备 全防止可控气氛炉内不出现着火 点几乎是不可能的。 用来防止可燃 气体 与空 气混 合形成爆炸混合比的方法有氮气 置换法和燃烧法换气两种 ，而预 抽真空 的方法可 归结到氮气置换 的范畴 ，抽真空 只是加快了氮气 置换速 度，节约 了氮气。氮气置 换法就是 用氮 气置换炉内空气 ， 或者用氮气置换炉 内可燃气体 ， 从而有效防止 可燃气体与空气形 成爆炸混 合比。有资料显示 ，当 置换氮气通入量达到炉膛体积的 5 倍时 ，被 认为是安 全的 。燃烧 换 气法就是用燃烧的方法将炉内 原有空气消耗掉 ，使炉膛完全充 满可燃气体 ，如多用炉的送气操 作 ；或者是用燃烧的方法将炉内 原有可燃气体烧掉 ，使炉膛完全 充满空气 ，如多用炉开 门操作 、 多用炉烧炭 黑操作 。表 3 为可控 气氛炉送 气操 作规程 ，表4 为可 控气氛炉停气操作规程。 4 事故原因分析及预防的方法 ( 1 )原 因 分析 油槽 废气 正常 燃烧 ，说 明油 槽 被 可燃 气 氛完全 充满 ，虽然油槽满足 了密 闭空 间的条件 ，但爆炸混合 比没 有肜成 ，油槽内气氛是安全的 ， 爆炸不会发生 。当 甲醇停止供应 后，炉瞠 只有排气 ，没有进 气， 炉压开始降低 。虽然油槽温 度低 r眚火温度 ，但相比于炉外环境 温 度仍然是较高温度空间，根据 热气球原理 ，当炉压降到零压以 后炉膛开始慢慢地进入负压状态 ， 不可避免地会有一定量的空 气被 倒吸进油槽 。当油槽废气火焰逐 渐变小并最终熄灭时 ，油槽内可 燃 气氛 与空 气混合比也正在向爆 3 8 世参 工 表2 常见可控气氛的种类及基本组分含量 参考成分 ( 体积分 名称 反应方程式 数，) CO H2 N2 R X气用 甲烷制备 C H4 + 0 5 ( 02 十 3 7 6 N2 ) = C O+ 2 H2 +I 8 8 N 2 2 0 7 3 8 7 3 9 8 R X气用丙烷制备 C 3 H8 +1 5 ( 02 + 3 7 6 N： ) = 3 C O+ 4 H 2 + 5 6 4 N2 2 3 O 3 1 6 4 4 6 氨裂解 气 2 NH N， + 3 H， 7 5 2 5 直生式 气氛 丙酮制备 C H3 C OCH 3 + ( 0 ： + 3 7 6 N! ) = 3 CO + 3 H 2 + 3 7 6 N1 3 1 3 1 3 8 直 生式 气氛 甲烷制备 C H4 + 0 5 ( 02 + 3 7 6 N2 ) = C O+ 2 H 2 +1 8 8 N2 2 0 5 41 3 8 5 直 生式 气氛 丙烷制备 C 3 H 8 + 1 5 ( O2 + 3 7 6 N ) = 3 CO + 4 H + 5 6 4 N1 2 3 7 3 1 6 4 4 6 纯 甲醇 气氛 CH OH =C O+ 2 H 1 3 3 6 6 氮一 甲醇气氛 C H OH+ 2 N 2 ：C O+ 2 H! + 2 N1 2 0 4 0 4 0 丙酮裂解气 CH C OC H产 C O+ 3 H2 + 2 C】 2 5 7 5 异 丙醇裂解 气 C H7 OH=CO + 4 H 2 + 2 【 C】 2 0 8 0 表3 可控气氛炉送气操作规程 使用温度 典型炉型 送气操作 可以直接送 气，通 气量要至少能维持 1 5 0 P a 以上 井式炉 的炉压 从后室通入可控气氛，等到 中r 】 下方两孔或中门 下方管道冒出火焰后，开启前门火帘，然后关闭前 多用炉 ，前门密封 门 ，等油槽上方废气排 放 口排 出的废 气被点燃后送 气操作完成 7 5 0 以上 从后室通入可控气氛，等到中门 _F方两孔或 中门 下方管道冒出火焰，开启前门火帘，然后缓慢或分 多用炉 ，前 门不密封 段关闭 前门 ，等到前门下方排 气孔 冒出稳定火焰 ， 将前门完全关闭 首先进行5 倍炉膛体积氮气置换 ，然后通入可控 带油槽推盘炉 气氛，直

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