[摘要]介绍了过滤器的用途及维护要点,针对发生的燃爆事故提出现场处置方案,结合氧气过滤器自身特点对可能引发燃爆的原因进行排查,在设计、制作、现场使用维护方面进行了校验,并提出了解决方案。
关键词冶炼氧气过滤器燃爆分析改进
1前言
在转炉冶炼过程中,由于氧气的介入,使熔池化学反应速度大大加快,缩短了冶炼周期,因此氧气在冶炼过程中起着至关重要的作用。氧气过滤器作为供氧系统的一个关键部件安全性其要求极高。国内部分钢厂在过滤器使用过程中先后出现过燃爆事故,对生产及人身设备安全构成了严重威胁,为了确保供氧系统的安全可靠运行,杜绝恶性事故的发生,本文将通过案例分析及参数校验,阐述应急处理方案以及氧气过滤器在设计、制作、现场使用维护方面的具体改进方案。
2 氧气过滤器功能
作为输送氧气介质的管网系统其安全运行是保证生产正常进行的前提保障。氧气过滤器是专门为氧气管道而设计的用于滤除氧气中固体杂质的过滤设备,与阻火器共同对管道系统起到安全保障作用。氧气过滤器是由外壳和滤芯组成,当固体杂质流过滤芯时,杂质被截留在滤芯上,而氧气能顺利通过,达到清洁的目的。氧气过滤器一般安装在氧气管道压力流量调节阀之前,用以保护阀门和管道的安全正常运行,见图1。
3氧气过滤器燃爆案例分析
凌晨3点10分左右,某炼钢厂车间南端6.5 m阀组平台上方一声巨响,接着出现火光,伴随着大量气体外溢噪音,平台周围粉尘四起,一些物料包装被点燃,现场气浪很大,且因泄漏气体不明,无法靠近。为保安全,由动力厂切断主氧气、主氮气总阀门,使泄漏气流逐渐减弱,直至停止。同时造成冶炼生产中断。经过现场勘察,燃烧部位为6.5 m阀组平台上方主氧气管道。过滤器几乎全部熔化直至出口铜节止阀法兰为止。与之相邻的主氮气过滤器被火焰烧化外壳,也造成泄漏,辅助氮气管道及部分仪表也受到不同程度的损坏,6.5 m平台部分烧损。
燃爆发生后,根据现场情况着手组织专业人员从现场使用条件、过滤器自身质量及系统设计等多方面进行分析。
3.1现场氧气瞬时流量的测定
在现场使用条件中,由于转炉冶炼的特点是间断性吹炼,而且三座转炉共用6.5 m阀台的公共管道,这就造成经过过滤器的氧气流量不断变化。为此,我们对不同吹炼状态下氧气流量进行了统计,见表1。
现场使用的过滤器为DN400氧气过滤器,规格型号为RFOXL100-2.5/80,最大允许流量为97 600 Nm3/h,由表1统计的数据显示,在三炉同吹时,最大氧气流量为67 935 Nm3/h,小于最大允许值,可以排除过滤器内流量超标引起燃爆的可能性。
3.2 过滤器选型分析
在排除外部条件因素后,重点对过滤器本身的造型及内部结构进行分析见图2。
3.2.1截面计算
氧气过滤器是由外壳和滤芯组成,其气体流向是由外套与内套之间的空间压入,再通过附着在内套管外围的过滤网进入内套管后,流出过滤器。其中,外套空间、过滤网孔及内套管内径都应满足总管道的截面要求。
从设计验证上看,原过滤器内部截面及滤网面积是合理的,不会因此产生异常燃爆。
3.2.2过滤器内部流速计算
按照设计要求,流量84 000～90 000 Nm3/h,对该过滤器瞬时流速进行校核计算:
根据氧气规程(GB16912-1997)工作压力3.0 MPa时,不锈钢氧气管道的最高允许流速≤25 m/s。因此,从设计角度讲,原氧气过滤器在流速上满足设计要求,不会因此产生燃爆。
3.2.3过滤网过滤方式
氧气过滤器是通过过滤网的隔离来达到将氧气中含固态杂质的部分截留,避免其进入系统产生剧烈摩擦引起燃爆的目的。过滤网材质为铜基合金,滤网过滤精度为80目,裹覆在内套管Φ426 mm管道外面,用卡箍及螺栓卡紧固定。现场对同种形式的氮气过滤器进行拆检(原氧气过滤器已全部燃烧损坏),发现卡箍螺栓长短不一,紧固力矩不等。部分滤网破损或裂缝。
根据分析,气体在由外套通过滤网进入内套管的过程中,因流动方向的改变,会产生强烈的涡流和扰动。因此,对滤网及紧固件的牢固性有很高的要求。根据现场拆检同型号的氮气过滤器,发现安装形式有欠规范,存在卡箍螺栓螺母脱落撞击筒壁、滤网松动脱落的可能性见图3,一旦产生火花就可能引起燃爆。
在氧气管道设计中,系统的安全性能是首先的参照依据。减压装置、阻火器、前后截止阀,快切阀,旁通阀及过滤器都是必不可少的部件。在原设计中,只在车间外干管处安置阻火段,而阀组平台未再设阻火器,造成产生燃爆后,火势蔓延至铜截止阀才阻断,扩大了事故损失。快切阀由于控制在平台现场,人员在当时条件下无法靠近,被迫关闭球罐总阀门,延误了停气时间,所以设计角度还有进一步完善的必要。
从以上分析过程来看,过滤器本身结构不可靠,内部紧固件脱落打火,造成燃爆是最大的疑因,而设计上的不完善则造成了事故的扩大和延误处理时机。
4结论及改进方案
4.1综合燃爆过程及分析的几种可能性,该燃爆事故主要原因为过滤网安装固定方式不规范,造成滤网及紧固件脱落打火引燃筒壁所致,阀台上未设阻火器扩大了事故的损失。
4.2为确保修复后的氧气阀组设施安全性,制定了以下的解决方案。
4.2.1对原过滤器进行改型
由原不锈钢过滤器改型为铜氧气过滤器,这是在原氧气过滤器和氧气管道阻火器的基础上发展起来的新一代产品,它兼有过滤和阻火的双重功能,弥补了设计上阀台没有阻火器的不完善。在过滤器的固定方式上采取了新型焊接、铆制工艺,取消了紧固体,杜绝了松动脱落的潜在隐患。
4.2.2调整快切阀控制方式
改变了氧气主管道快切阀的控制方式,由原来的就地控制改为远程控制。将控制点移到炼钢主控室,使在事故状态下及时切断气源成为可能。争取现场救援的最佳时机和可操作性。
4.2.3增加防火涂层
氧气过滤器周围,有主氮气管道、辅助氮气管道、辅助氧气管道、氩气管道及各种阀门,在燃爆现场这些设备被氧气火焰不同程度的烧损造成了事故的扩大。为减少损失,对以上设备及附近钢平台及侧墙彩板刷涂防火涂料,起到防患于未然的作用。
4.2.4强化制度管理
进一步完善了相关介质管道的管理检查制度,对过滤器制定了相应的拆检周期,其中,氧气过滤器拆检周期为一年以内,同时做好相应的检查记录。
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