0热炉燃烧系统管道安装爆破片的必要

第１８卷第５期

２００８年５月

中国冶金

Ｃｈｉｎａ

Ｖ０１．１８，Ｎｏ．５

ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＭａｙ２００８

浅谈加热炉燃烧系统管道安装爆破片的必要性

梁

余，翟国跃，

王湘焱

（新疆八一钢铁股份公司型材轧钢厂，新疆乌鲁木齐８３００２２）

摘要：分析了轧钢加热炉燃烧系统管道回火爆炸的原理和危害；论证了在靠近爆炸压力源的管道上设置防爆装

置的必要性；探讨了在管道上设置防爆装置的方法。关键词：爆破片；压力源；爆破；阻断

中图分类号：ＴＦ０６

文献标识码：Ａ文章编号：１００６－９３５６（２００８）０５—００４２－０３

ＢｒｉｅｆＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎ

ｏｎ

ｏｎ

ＮｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆＢｕｒｓｔｉｎｇＤｉｓｃｓ

ＳｔｏｖｅＢｕｒｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍＰｉｐｉｎｇ

ＺＨＡＩＧｕｏ－ｙａｏ，

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（ＰｒｏｆｉｌｅｄＢａｒＲｏｌｌｉｎｇ

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Ｘｉａｎｇ—ｙａｎ

Ｍｉｌｌ，ＸｉｎＪｉｎｇＢａＹｉＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ，Ｕｒｕｍｃｈｉ８３００２２，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｅｎｄａｎｇｅｒｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｒｏｌｌｉｎｇｈｅａｔｉｎｇｓ：ｔｏｖｅｂｕｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｉｐｉｎｇｂａｃｋｆｉｒｅａｎｄ

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ｏｎ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｕｒｓｔｉｎｇｄｉｓｃｓ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｏｕｒｃｅ；ｂｕｒｓｔ；ｉｎｔｅｒｄｉｃｔ

万方数据

，

爆破片装置是由爆破片（或爆破片组件）和夹持２００６年，公司某台加热炉使用高炉和焦炉混合气，因年久管道内焦油和自动调节阀阀板上结存焦油过多，而导致阀门开度失准，实际开度远小于正常显示开度，操作中支干管回火爆炸，烧嘴、阀门法兰垫炸开漏气着火，造成停车３６ｈ。其爆炸原理分析如下。１．１燃气管道回火爆炸

燃气系统因受外界因素影响而压力骤降，当压力低于供气压力到一定程度时，助燃空气通过烧嘴倒灌入燃气管道，与燃气混合，当混合气体浓度达到爆炸浓度极限（一般为上限）时，则炉膛高温充当了点火器，导致燃气管道内剧烈爆炸，见图１。爆炸将破坏管道及其上的烧嘴、调节阀门、流量孔板、测温装置等一系列附属设施，并造成燃气大量泄漏或着火。爆炸产生的金属碎片以及泄漏燃气直接威胁到爆炸区域内操作者的人身安全。１．２供风管道回火爆炸

同理，供风系统压力骤降到低于燃气压力到一定程度时，燃气通过烧嘴倒灌人供风管道，与助燃空气混合，当混合气体浓度达到爆炸浓度极限（一般为下限）时，则供风管道内发生回火爆炸，见图２。鼓风机跳电是引起供风系统压力骤降的最主要原因，爆炸沿管道连续且剧烈进行，甚至波及到鼓风机，

修订日期：２００８—０１’２２

器（或支撑圈）等装配组成且安装在压力容器、管道上的重要安全装置。爆破片为能在超压下迅速动作的压力敏感元件，可在规定的温度和压力下爆破，泄放压力，以保障操作人员和设备的安全。在燃气加热炉燃烧系统设置爆破片意在防止回火爆炸给管道自身带来的破坏，以保护燃气、供风管道及其上的附属设施ｎ］。早期的爆破片实际上是安装在一小段管道支管上且制作粗糙的铝制盲板，目前国家质量技术监督局已制定有国家标准，由专业厂家系统研制生产爆破片装置，在结构、材质、爆破的压力和温度等参数的选择上更趋于精准可靠。

管道回火爆炸原理分析

事故案例：１９９４年，公司一轧厂某油一气混烧加

热炉点火前未启动鼓风机，则造成供风管道回火爆炸，多处管道开裂，鼓风机机壳开裂失去动平衡。１９９９年，同一台加热炉经改造后全烧混合煤气，燃烧系统增加自动控制，操作工在调节中违规操作，误将自动调节阀开度调至１０％以下，造成均热段煤气支干管回火爆炸，多处管道开裂，末端盲板被炸飞。

作者简介：梁余（１９７４一）。男，助理工程师；

Ｅ－ｍａｌｌ：ｌｉａｎｇｙｕ＠ｂｙｇｔ．ｃｏｍ．ｃａ｝

第５期

梁余等：浅谈加热炉燃烧系统管道安装爆破片的必要性

４３

煤气

图１煤气管道压力低引起的回火爆炸

Ｆｉｇ．１

Ｌｏｗｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ

图２热风管道压力低引起的回火爆炸

Ｆｉｇ．２

Ｌｏｗａｉｒｐｉｐｅｌｉｎｅｐｒｅｓｓｕｒｅ

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ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｃａｕｓｅ

ｔｅｍｐｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎ

ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ

破坏力极大。

万方数据

论标准的指导，使得自动控制系统涉及管道的防爆成为工程设计者最易被忽视的重要问题。

为实现燃烧的分段自动控制，则在各段支干管道（燃气管道和供风管道）上设置了自动（电动或气动）调节阀，其开度的变化会引起阀后到各烧嘴支管气体压力的相应变化。如果开度太小，自动调节阀即形成供气系统的压力阻断、压力骤降，且引起回火爆炸，见图３。

另外，因不能保证烧嘴前所有阀门无泄漏，则在

先开燃气总阀、后启动风机的作业时，燃气会窜人供风管道而产生爆炸气体，一遇明火供风管道内即回火爆炸。因此，点火操作前须确保首先启动风机。１．３燃烧自动控制系统引起回火爆炸

随加热炉燃烧自动控制的普及，发生回火爆炸事故的可能性也随之增大。由于缺乏事故案例和理

９Ｃ＞一…§

Ｆ—ｔ’妒膛高温

Ｆｉｇ．３

Ｔｏｏｓｍａｌｌ

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图３调节阀开度太小引起的回火爆炸

ｏｐｅｎｉｎｇｏｆｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｖａｌｖｅＣａＩＬ鼬ｔｅｍｐｅｒｅｘｐｌｏｓｉｏｎ

在操作标准中虽可制定出自动调节阀的最小开度，但阀板开度误差、阀板上焦油的阻塞以及误操作并不能确保最小开度的可靠性。

综上分析，在燃烧系统靠近爆炸压力源的管道上安装爆破片装置非常必要，爆破片在回火爆炸时能及时准确地按照设定参数爆破、泄放压力，起到保

中国冶金

第１８卷

护管道的作用嘲。

２．３爆破片的爆破温度

爆破温度是与爆破压力相应的压力敏感元件壁的温度，爆破片材料的最高适用温度见表１。

表１爆破片材料的最高适用温度

Ｔａｂｌｅ１

、

２爆破片参数的选择

２．１爆破片的泄放量

泄放量即为爆破片爆破后通过泄放面积所能泄放的介质流量嘲。气体介质的泄放量按式（１）计算，即：

Ｍａｘｉｍｕｍｗｏｒｋｉｎｇｔｅｍｐｒｅｔｕｒｅｏｆｂｕｒｓｔｉｎｇ

ｄｉｓｃｍａｔｅｒｉａｌｓ

ｗ＿５５周ＣＡｐ√筹

（１）

爆破片材料

铜

最高适用温魇／℃

ｃ一√南［（譬，詈～ｃ参，牛］

万Ｐｏ一（南）Ｔ为临界泄放压力比。当譬等于

或小于临界泄放压力比时，Ｃ取最大值，即：

２００

镍４００奥氏体不锈钢４００铜镍合金（蒙乃尔）４３０铝镍合金（因康镍）４８０

‰钏・０７０７１√愚（东南）

厂■■■１

式中ｗ——爆破片额定泄放量（泄放能力），ｋｇ／ｈ；

Ａ——爆破片最小泄放面积，ｍｍ２；ｐ——爆破片的设计爆破压力，ＭＰａ；

３爆破装置的安装

爆破装置的安装要求：①爆破片的设置位置，理论上选择在离爆破压力源最近处。实践证明，爆破片设置过多（每套烧嘴前均设置）则其爆破不依据回火程度及大小，频繁爆破，成为生产的不稳定因素；在加热炉烧嘴前均设置爆破片的成本也太高，且轻微回火都会引起爆破，对加热炉的作业率也有影响。但爆破片设置太少，又起不到保护所有管道及其设施的作用。而只在加热炉的主干管上设置爆破片，当发生回火爆炸时，电（气）动调节阀阻断了爆炸压力源的延伸，主干管上的爆破片未爆破，电（气）动调节阀后支干管炸裂，造成事故。因此，设置爆破片的最佳方案是只在主干管和电（气）动调节阀后的支干管上设置，这样可避开电（气）动调节阀对爆炸压力源的阻断，有效保护电（气）动调节阀后的所有支干管，同时显著降低了爆破片的设置数量。②爆破片

Ｍ一气体分子量，即摩尔质量，ｋｇ／ｋｍｏｌ；

万方数据积，ｍｍｚ；

Ｚ——气体压缩因子爆破片的最小泄放面Ａ——额定泄放系数，取Ａ＝０．６２或实测值；

ｒ一泄放气体绝对温度，Ｋ；

Ｃ——气体特性系数，ｍｍ２；

Ｐ。——爆破片泄放侧压力（绝对），ＭＰａ；惫——气体绝热指数，对一过分气惫一１．４０。

２．２爆破片的爆破压力

爆破压力是爆破装置在给定的爆破温度下动作时，爆破片两侧的压力差值。爆破压力按式（２）估算，即：

ＰＢ—Ｋｃｒｂ＊

式中ＰＢ——爆破片爆破压力，ＭＰａ；

ａｂ——材料强度极限，ＭＰａ；Ｓ——爆破片初始厚度，ｒｎｌＴｌ；

（２）

直径应大于所在管道管径的１／ｚ，以保证爆炸压力源的彻底泄掉。③受材料本身强度的影响，脉动压力易使金属疲劳，产品的爆破压力不能太低，最大工作压力应在实验爆破压力的７０％以下。④应根据介质温度适当选择爆破片的爆破温度。如公司某步进底式加热炉为三段（两段供热）步进底式燃气加热炉，采用高炉和焦炉混合煤气（热值８

３４０

Ｄ——爆破片夹持直径，取夹持器泄放口径，ｍｍ；Ｋ——与材料应变硬化程度有关系的系数，

Ｋ＝３～３．８，初步计算可取３．５。

影响式（２）准确性的因素有：材料强度极限的实测值、爆破片夹持边缘的结构和夹持条件、温度。

Ｔａｂｌｅ２

ｋＪ／ｍ３），

供气压力为８０００～１２０００Ｐａ，热风使用压力大于

４０００

Ｐａ，设置爆破片情况见表２。

表２爆破片参数

Ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｂｕｒｓｔｉｎｇｄｉｓｃ

（下转第５１页）

第５期李广艳等：转炉“三废”的循环再利用

制品，可用于连铸浇注使用，其主要成分为Ａ１。Ｏ。、ＭｇＯ、ＭｇＯ・Ａ１：０３。虽其每次使用后都会增加一定量的杂质且降低材料的耐火度，但仍可通过降低原料档次来使用。钢包综合包龄均在８８次以上，最高达１１０次，达到节能、降耗、增效的目的。３．４座砖与上水口的改进与利用

高效快节奏的连铸坯生产和防止钢水二次污染，对钢包自动开浇率提出了更高的要求。改进上水口设计，让座砖和上水口形成引流砂最佳流场，可提高开浇率。在４０ｔ钢包的１０４套改进上水口进行了６３６炉次试验，自开率大于９０％（４５号精炼钢自

开率也达到８２％以上），上水口平均使用寿命为６．１次，座砖寿命达４５次以上。自开率的提高，不仅节约了氧气且降低了烧眼操作所产生的烟尘量。４

结语

余热余能回收利用和废弃物再资源化无害化循

环利用工作的开展，使莱钢炼钢厂取得了显著的经济效益。目前，该厂利用煤气发电工程正在建设中，钢渣处理厂项目也在进行可行性研究。这些项目的实施，将为迸一步搞好企业的节能降耗和环境综合治理提供有力的保证。

Ｉ上接第４４页）４

设置爆破片的安装位置和数量。

参考文献：

［１］内藤清．工业炉手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８９．［２］ＧＢ／５６７－－１９９９，爆破片与爆破片装置Ｉｓ］．

Ｅ３］ＧＢ／Ｔ１６１８１—１９９６，爆破片装置夹持器形式和外形尺寸Ｉｓ］．

结语

为确保加热炉燃烧系统管道不因回火爆炸而遭

到破坏，且保障人身和设备的安全，从事热工工程的设计者应全面考虑各种因素，确定准确的参数，合理

万方数据