热处理车间淬火油着火和气体爆炸原因分析及安全措施.pdf

第 3 O 卷第 5 期 2 O O 9年 1 O月 热处理技术与装备 RE CHUL I J I S HU YU Z HUAN GBE I Vo 1 3 0 No 5 Oc t 2 0 0 9 热处理车间淬火油着火和气体 爆炸原 因分析及安全措施 金 荣植 哈 尔滨汇隆汽车箱桥有限公司 黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 8 8 设 备 摘要 本文就热处理车间淬火油着火及气体爆炸原因进行 了分析 认为油槽中淬火工件过多 淬火 油中 进水超标及淬火油循环不良等是导致淬火油产生着火的主要原因 可控气氛炉及其配套系统 操作等出现安全 问题是引发可燃气体发生爆炸的主要原因 同时 提 出了改进措施 关键词 淬火油 着火 爆炸 措施 中图分类号 T G 1 5 4 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 3 4 9 7 1 2 0 0 9 0 5 0 0 3 5 0 5 An a l y s i s a n d S a f e t y Me a s u r e s o n Qu e n c h i n g Oi l F i r i n g a n d Ga s e s Ex p l o d i n g i n He a t Tr e a t me n t W o r k s h o p J I N R o n g z h i H a r b i n H u i l o n g T r u c k G e a r b o x a n d D ri v e a x l e C o L t d H a r b i n H e i lo n g j ia n g 1 5 0 0 8 8 C h i n a Ab s t r a c t T h e r e a s o n o n q u e n c h i n g o i l fi ri n g a n d g a s e s e x p l o d i n g i n h e a t t r e a t me n t w o r k s h o p a r e a n a l y e d i n t h i s p a p e r I t i s r e a l i z e d t h a t t h e ma i n r e a s o n l e a d i ng t o q u e n c h i n g o i l fi ri n g i s the t o o mu c h qu e n c h i n g p a r t s i n qu e n c h i n g o i l t a n k e x c e s s i v e wa t e r i n q u e n c h i n g o i l a n d p o o r c i r c u l a t i n g o f q u e n c h i n g o i l T h e ma i n l a s o n c a u s i n g c o mb u s t i b l e g a s e s e x p l o d i n g i s the s e c u rit y i s s u e f o r c o n t r o l l a b l e a t mo s p h e r e f u r n a c e a n d i t s a n c i l l a r y s y s t e m a n d o p e r a t i n g e t e A t the s a me t i me the i mp r o v e me n t me a s u r e s a r e also p u t f o r w a r d Ke y wo r d s q u e n c h i n g o i l fi ri n g e x p l o d i n g me asu r e s 1 淬火油着火原因及安全措施 淬火油作为热处理生产中最常见的冷却介质之 一 因其比热较低 在工件加热出炉后的淬火冷却过 程中 淬火油被赤热的工件加热 当其温度升高超 过淬火油闪点时 会产生油蒸汽 它们与空气形成可 燃的混合物 随后又被赤热的工件所点燃 造成淬火 油着火 其中还包括赤热的工件进入油槽和淬火压 床所产生的随后 白行熄灭的火焰 及其它原因引起 的淬火油着火 在实际生产中 淬火油着火原因大多与淬火油 槽中的油着火有关 目 前热处理使用的淬火油槽大 致有两种类型 一种是位于热处理 自动生产线上的 连续式淬火油槽 工件经传送机构送人各种加热炉 中进行热处理 随后被传送到淬火油槽中 完成淬火 过程 这类淬火油槽大多有温控 加热或冷却 控 制油位及搅拌淬火油等功能 如连续式网带炉 可控 气氛连续式炉和密封箱式炉等所使用的淬火油槽 连续式淬火油槽又分为在连续式炉中所使用的敞口 式淬火油槽及在密封式炉中所使用的内置式淬火油 槽 这两种油槽 如果油槽中堆积的淬火工件过多 收稿 日期 2 0 0 9一 o 3 1 6 作者简介 金荣植 1 9 6 2 一 男 高级工程师 主要从事汽车 拖拉机零部件热处理技术工作 联系电话 1 3 9 4 5 1 4 1 0 8 1 E ma i l h l j l i s h e n g j i y a h o o c o rn c n 热处理技术与装备 第 3 O 卷 淬火油循环不良 淬火油中进人水等情况 都容易引 发淬火油着火 另一种主要是指目 前量大面广的周期式热处理 炉所使用的周期式淬火油槽 一般为敞开式油槽 这些油槽性能单一 有的仅用一个简单的槽体盛装 淬火油 没有其它功能 有的在油槽内装有蛇型冷却 管 升降淬火台及加热器等简单装置 工件在这种 油槽中淬火 常伴随油烟弥漫扩散 因此 很容易引 发淬火油着火 热处理车间因淬火油着火引发的火灾时有发 生 下面就几种比较典型的淬火油着火原因加以分 析并提出预防措施 1 1 敞开式淬火油槽 1 1 1 淬火油着火原因 1 赤热的工件在敞开式淬火油槽中淬火过程 中 由于没有完全浸入或浸入速度太慢 致使油槽表 面油温过热 超过油的闪点产生淬火油着火 这是经 常造成热处理车间发生淬火油着火的原因之一 2 待淬火工件的重量 面积与油槽容积之间的 比例不当 如一次淬火工件过多 面积过大 容易导 致油温过热而着火 油槽的储油量与淬火工件的重 量有一个比较合适的比例 对于置换冷却的淬火 槽 介质的容量应等于同时淬火工件重量的 3 7 倍 用蛇型管冷却的淬火油槽应等于7一 I 2倍 对于 自然冷却的淬火槽 应等于 l 2 l 5倍 但要求两次 淬火的间隔时间须在 5 1 2 h 3 油位过高 如油槽所盛装的油量过大 并且 没有溢流装置等 当工件浸入油槽时 有可能导致 油面燃烧的淬火油溢出油槽而造成火灾 4 淬火油中水分含量超标 含水量大于0 5 体积分数 当赤热的工件淬人油中时 油中水分 一 般会突然汽化 形成油沫 遇火产生燃烧 5 工件浸没到淬火油的过程中 油面出现的火 焰熄灭后 在油槽边缘的残油仍继续燃烧 引起局部 进一步加热导致其油温超过油的闪点 最终产生淬 火油着火 1 1 2 防火措施 1 淬火用吊车的要求 工件在油槽中淬火时 尤其是细长大件 应使 用快速下降的专用淬火吊车 以避免赤热工件在油 面停留时间过长 导致油面着火 起降工件的吊车 下降速度应当至少有 2 m s 如果在淬火过程中发 生意外停电情况 则应利用吊车的松闸机构 使工件 迅速下降到油面以下 同时 车间最好备有安全紧 急电源 吊车最好具备遥控装置或热屏蔽装置 可 以进行安全操作 甚至在油槽表面燃烧的情况下也 可以操作 输 油泵 过滤器 图 1 典型的敞开式油槽 F i g 1 Ty p i c a l o p e n t y pe o i l t a n k 储油槽 2 采用通风排烟和溢流装置 为防止淬火油着火 油槽应设置通风排烟装置 以便快速排走淬火过程中产生的油烟 对置换冷却的大型油槽 如长方形油槽 在油槽 两端应设有溢流槽 见图 1 工件在油槽内淬火 时 通过输油泵将储油槽内的冷油 从淬火油槽内供 油管上的一些油孔内 以喷射状进入淬火油槽 扰动 油槽内的热油产生流动 加快热油降温 热油从溢 流槽通过溢流管流出 进入车间储油槽中冷却 这是 扑灭油着火的辅助措施 见图 1 3 采用灭火装置 在油槽的边缘可以安装环形管线式 C O 或 N 灭火系统 尤其对于大型淬火油槽是必不可少的 但 C O 或 N 喷嘴必须安装在靠近那些可能起火的 位置 使 C O 或 N 比较有效地覆盖在油槽表面 以 最快速度扑灭油火 当采用泡沫灭火器或干粉灭火剂灭火时 应考 虑到所产生的污染物质会损害淬火油的质量 淬火 油槽着火时 禁止用水和干砂灭火 易污损淬火油 4 安装油槽事故排放系统 油槽与通往车间的储油槽应设计并安装淬火油 紧急事故排放系统 见图 1 遇到淬火油着火 如工 件仅部分浸人油槽而引起油着火 又不能操纵工件 时 可采用事故排放阀向储油槽排放淬火油灭火 储 油槽兼作事故排放油槽用 可以安装在车间外的地面 上 淬火油着火时 可以用大流量油泵把热油排人储 油槽 如果安装在车间外的地下室 打开事故排放阀 后 使热油快速排人储油槽 一般情况下 储油槽的 尺寸比车间最大淬火油槽的容量大几倍才安全 5 采用防火淬火罩 第 5 期 金荣植 热处理车间淬火油着火和气体爆炸原因分析及安全措施 3 7 对于成批小工件或管状工件淬火时 采用在淬 火罩下淬火的方式 可以避免油着火 这种方式是 在赤热的工件出炉后先进入淬火罩 然后运送到淬 火槽上面的相应位置并进行淬火 这样可以大大避 免与空气接触 即减少氧气的供给量 因此 可避免 油槽表面产生烟火 但要保证淬火油槽边缘与淬火 罩之间有 良好的密封性 6 关闭通风排烟系统 如果发生油着火 在迅速打开灭火装置 有的为 自动装置 的同时 关闭油槽上安装的通风排烟装 置 保证火苗不因通风而吹开 若通风系统仍在运 转 排烟系统内部凝聚的残油遇明火容易产生着火 这是十分危险的 7 采用带搅拌的淬火油 能控制油温 加热或 冷却 灭火和排烟等多功能的淬火油槽 如郑州机 械研究所研发并生产的系列多功能淬火油槽 分两 种系列 一种适合于大型盘类及长轴类工件淬火的 大型多功能淬火油槽 一次淬火重量可达十几吨 另 一 种为多工位多功能淬火油槽 适合于处理品种单 一 批量较大的零件 这两种系列淬火油槽即使车 间突然停电 仍可用手动离合器完成淬火 因此可以 避免由此造成的火灾 1 2 连续式炉中的敞开式油槽 1 2 1 淬火油着火原因 1 配备敞开式油槽的连续式炉 如输送带式连 续炉 大多数油着火发生在伸进油中的落料筒内 见图2 由于落料筒内的淬火油不能通过搅拌冷 却 热量从热的炉膛和热的工件上不断地进入油槽 致使该处的淬火油受热并超过其闪点 从而产生油 着火 2 赤热工件的阻塞或在落料筒内堆积 导致局 部不断加热淬火油 造成局部淬火油超过油的闪点 而着火 3 在炉膛尚未完全冷却情况下进行清理和维 修已排空的油槽 容易造成油槽内残油受热而超过 其闪点 产生大面积燃烧 1 2 2 防火措施 1 通过油循环保证在落料筒附近的淬火油能 正常循环流动 若油循环系统出现故障 容易造成 落料筒附近淬火油过热而着火 并会蔓延到整个油 槽表面 2 输送带式淬火油槽与连续式炉机组配合使 用并组成流水线 工件从炉子落料筒中落入淬火油 槽输送带的水平段上时 应按工艺要求及时送走 见 图 2 保证淬火油正常循环 避免造成淬火油局部 过热 因此 要保证适当的投料数量和投料速度 图2 输送带式连续炉中的敞开式油槽 F i g 2 T h e o p e n s ty l e o i l t a n k i n c o n v e y o r c o n t i n u o us f u r n a c e 3 在清理和维修油槽期间 在排放油槽中淬火 油时 必须确保炉膛温度不会造成油着火 即炉膛是 冷的或采用挡板等和落料筒隔离 这样不会造成因 残留淬火油局部过热而引发火灾 4 带敞开式油槽的连续式炉 如可控气氛连续 式炉 在工作期间 油位监控十分重要 若油槽中产 生油烟 油面波动很大且伴有气泡产生时 这可能是 由于淬火油油位低 即油封不够所致 因为淬火时炉 压在 8 0 0 9 0 0 P a 之间波动 此时需要外界淬火油产 生的压力高于这个波动压力 能够密封住炉内气 氛 此时应及时添加淬火油 并确保油槽油位高于 落料筒底边 l O 2 0 c m 见图2 否则在炉内充有易 燃的保护气 附近有明火时 容易产生着火和爆炸 5 安装油槽油位 冷却控制及报警系统 带敞开式油槽的连续式炉 如可控气氛连续式 炉 的油槽应配备油位控制 报警及油冷却系统 淬 火油槽的油面高低位报警和运行连锁机构由浮漂带 动限位开关来实现 当油面不正常时 淬火油槽油 位报警系统报警并停止工作 副油箱也应配有高低 位控制和报警系统 以保证能够及时补充新油 淬火油的冷却可采用炉外冷却系统 其主要由 循环泵和热交换器组成 油温冷却 自动控制 当淬 火油温度高于设定值时 油冷却系统中循环冷却水 管系统的电磁阀打开 冷却水开始循环 使油温下降 并达到设定值 淬火油温度的设定在淬火油的闪点 以下 6 O 7 O 比较合理 6 对于淬火批量较大和连续生产的热处理车 间 可增设玻璃钢冷却塔或空气冷却器 对冷却循环 水进一步冷却 3 8 热处理技术与装备 第3 0卷 1 3 密封式炉中的内置式淬火油槽 1 3 1 淬火油着火原因 1 淬火油中有水是最常见的起火原因 在赤 热的工件淬火时 若油中有水 含水量大于 0 5 体积分数 易形成大量的油沫 导致大量的淬火 油在很短的时间内通过炉子的开口处 如外炉门 调 节炉内气氛压力的放散阀和炉子废气点火口 流到 炉外空气中 产生着火 渗进炉膛的油沫将猛烈地 汽化 导致炉压显著升高 从而损坏炉子 如果淬火 油的使用温度在 1 0 0 以上进水 将特别容易造成 安全事故 产生的油雾易被火焰点燃而发生爆炸 2 成批的小工件 套筒及管子等大面积或多孔 件淬火时 淬火油被过度受热而引起着火 3 淬火油搅拌机出现故障不搅拌 搅拌机的 作用是通过搅拌淬火油来均匀油温 使局部过高的 油温迅速降低 并带走油面达到闪点的淬火油 1 3 2 防火措施 1 内置式淬火油槽应安装淬火油温控制系统 其油槽冷却部分主要由循环泵和热交换器等组成 2 为防止冷却水渗进淬火油中 应当采用炉外 油冷系统 这种系统中 任何时侯各点油压总是高 于水压 压差一般为0 2 5 1 0大气压 应当保证 在这种系统中没有渗漏 否则淬火油中进人冷却水 是十分危险的 3 为防止冷却水渗入淬火油中 可优先采用空 气冷却器 喷雾冷却器或带有双油路和采用耐腐蚀 钢制造的散热器冷却系统 4 每个月分析一次油冷却器中流出的淬火油 含水量不应大于0 5 体积分数 否则应检查冷 却器渗漏情况并进行修理 通常应半年进行一次渗 漏试验 5 经常检测油槽中油的水含量 每当带有内 置式淬火油槽的密封式炉 如可控气氛密封箱式炉 等 投人运行或再次使用时 均应检查淬火油中的含 水量 在补充新油或预热旧油时 也应检测水分 含 水量应不大于0 5 体积分数 6 可以安装油中冷却水超标的检测报警装置 7 带有易燃保护气氛的作业炉 在生产过程中 一 旦发生油着火 必须切断保护气源 可利用氮气冲 刷炉膛内可燃气氛 降低保护气浓度以减少爆炸的 危险性 8 油槽配置固定式灭火器系统 采用炉外灭 火系统比炉内灭火系统效果更好 更安全 灭火装 置安装在淬火油可能逸出的地方 如外炉门 调节炉 内气氛压力的放散阀和炉子废气点火口 如果发生 油着火 会造成炉内压力升高 因此 首先应把引燃 的火焰熄灭 并采取措施防止炉内气氛继续流出 必 须从炉外灭火 并使炉门保持关闭状态 1 4 其它淬火油着火原因及防火措施 1 4 1 淬火压床 1 着火原因 脉动式淬火压床如国产 Y 9 0 5 0系列等 控制淬 火油喷油的电磁阀 A B C电磁阀 的橡胶模板 与 衔铁一体 破裂后 工件出炉后在淬火压床中淬火 时 电磁阀控制的油管不能正常喷油冷却工件 淬 火 在喷油量较少的情况下 容易造成淬火工件冷 却较慢 导致附着在工件表面的淬火油升温 并超过 油 闪点而着火 2 防火措施 淬火压床可以配备气体灭火管道系统 采用不 污染淬火油的C O N 2 进行灭火 效果好 安装排烟 系统 检查 A B c电磁阀控制橡胶模板 与衔铁一 体 并及时更换新的电磁阀橡胶模板 1 4 2 通风排烟管道 1 着火原因 长期使用油槽的通风排烟系统 在通风排烟管 道内部容易凝聚残油 如遇明火容易引发油着火 一 旦着火 火势会十分猛烈 而且着火时间较长 并 容易导致车间发生火灾 发生排烟管道残油着火 时 应及时关闭排烟电机 以减少氧份供给 2 防火措施 在排烟管道中部等处安装 C O N 灭火喷嘴 采 取安全方式定期对排烟管道中的残油燃烧一次 为 了安全起见 最好在消防部门监督 指导下进行 1 4 3回火炉 1 着火原因 如果回火炉中残油过多 遇明火或炉子跑温 即 炉温失控升温 容易产生着火 2 防火措施 应定期清理残油或采用适当低温烧残油 对于 生产中出现回火炉 如连续式气体渗碳 自动生产线 上的回火炉 中残油着火情况 首先应关闭回火炉电 源 快速推人冷的废件并顶出回火炉中的工件进行 降温 采取适当灭火介质进行灭火 否则 灭火不及 时容易造成炉子损坏 1 5 采用安全的水基淬火介质代替淬火油 第5 期 金荣植 热处理车间淬火油着火和气体爆炸原因分析及安全措施 3 9 目前市场上已出现商品水基淬火介质 在部分 场合可以代替淬火油 水基淬火介质的特点是冷却 能力可以在一个较大范围内调节 代替淬火油的另 一 个明显特点是工件淬火过程中不产生明火 不产 生油烟污染 现在国外好富顿 美国 德润宝 德 国 大一 日本 及国内北京华立等公司可以提供系 列水基淬火介作 因此 从安全防火等方面来看 部 分热处理场合可以采用水基淬火介质代替淬火油 如部分工件在敞开式淬火油槽中淬火 2 气体的爆炸原因及安全措施 在化学热处理生产过程中 随时会接触到易燃 易爆气体 如果热处理设备及其附属系统方面存在 设计与安装不当 包括出现故障 维修不当 或者操 作者操作不当等 随时都可能发生气体爆炸情况 因此 必须从热处理设备及其附属系统的安全性 操 作者安全培训等方面采取措施 杜绝气体爆炸事故 的发生 2 1 设备及其配套系统 在热处理气体渗碳 碳氮共渗 氮碳共渗和渗氮 等过程中 均采用保护气体 在可控气氛炉作业期 间 如果存在设备机械方面故障 尤其是安全装置出 现故障时 容易发生安全问题 甚至严重时发生爆炸 事故 表 1 为热处理车间常用可燃气体与液体爆炸 界限 爆炸等级及允许浓度参考表 2 1 1 爆炸原因 1 由于炉子电源突发停电 或炉子加热系统出 现故障等原因引起可控气氛连续式炉及密封箱式炉 等炉温下降 炉温低于安全温度 7 5 0 c I 安全温度 是使进入热处理炉内的气氛能安全可靠地发生燃烧 的最低温度 容易引发爆炸 2 炉子控温系统 包括热电偶 控温仪等 失 灵 导致超出或低于设定温度 3 供气系统出现故障 导致可燃气体泄露或炉 子压力升高 4 引燃炉内废气点火嘴出现故障 点火嘴火焰 熄灭 此时开关炉门 空气进人炉内 易产生爆炸 5 炉内气氛从炉门或管路系统等处泄漏 达到 一 定浓度易引发爆炸 6 当炉子电源 压缩空气或保护气系统发生故 障时 有的炉门有可能自动打开 导致空气进人炉 内 造成可燃气体爆炸 对此 应安装相应的故障报 警系统 7 可控气氛密封箱式炉 内置式淬火油槽中 淬火台系统失灵 赤热的工件没有快速浸入淬火油 中 造成工件表面淬火油温度升高 出现淬火油汽化 现象 达到燃点时易发生爆炸 表 1 常用可燃气体与液体爆炸界限 爆炸等级及允许浓度 Ta b l e 1 E x pl o s i v e l i mi t s e x p l o s i o n a d e a n d a l l o wa b l e c o n c e n t r a t i o n f o r c o mn l o n l y u s e d c o mb u s t i b l e g a 8 e 8 a n d l i q u i d 2 1 2 安全措施 1 可控气氛热处理炉应配备合适的安全装置 如配置安全 自动监控与报警信号装置 2 炉壁 炉盖 炉门 密封槽和轴端等易漏可燃 气体处 须经常检查漏气情况 并及时进行密封处理 3 对可控气氛热处理炉 如连续式炉 密封箱 式炉等排放的气体应及时点燃 必须确保点火供气 不受断电影响 可安装石油液化气或丙烷气等作为 长明火源保证安全点火 4 可控气氛热处理炉可安装独立的测温装置 和用热电偶测安全温度 7 5 0 炉温低矛 7 5 0 时 可发出超低温报警信号 通过保护气管路上安装 的 自动 通断阀 切断可燃保护气向炉内的输送 必要时使电控阀自动切换到供氮气管路上 利用氮 气冲洗炉内易燃气氛 5 在储存易燃易爆物质的房间和地区 应设置 可燃气体探测器与排风装置 探测系统的传感器应 当安装在可能发生或存在大量易燃易爆气体的地 点 在危险情况下传感器可以发出报警信号 必要 时其安全系统 自动起作用 例如紧急排风与切断易 燃气体阀门 传感器可选择典型可燃气体探测器 如 S Q K 一 1 S Q K 2 B Q K 6 2 0 0等型号 与单 多通道可燃气体报 警器 如 F B 4 0 0 0 一 B Z等型号 及微机气体报警系统 如 wJ B等型号 连接 可以完成连续显示气体浓 度 超浓度报警 报警时间记忆 故障自 动诊断报警 下转第4 7页 第5期 马永杰 热处理燃料炉的节能分析 要注意的是陶瓷纤维是非晶体 在 1 0 0 0 o C以上 容易产生晶化 导致品质恶化 因此 不能将其粘贴 在温度相当高的重质粘土砖与轻质粘土砖之间 更 不能直接粘贴在燃烧室内 为了有利于燃烧 可在燃烧室一侧砌成 2 3个 高3 0 n l ln 宽 1 5 n l r fl 的二次通风口 因烟囱抽力作用 使燃烧室内呈负压 二次空气以较高的速度流入燃 烧室 极有利于与可燃气的混合 影响 常规的操作方法难以达到炉子工作状态参数 的优化 用计算机辅助工艺过程控制的方法 使台 车式燃煤热处理炉模拟控温燃烧状态曲线完成整个 退火过程 燃料的燃烧处于加热温度和炉内压力的 动态控制平衡状态 提高了燃烧效率 降低耗煤量达 2 3 6 既保证了退火质量 烟气排放又能达到要 求 节能效果显著 参 考 文 献 3 结束语 1 张炯法等 热处理燃料炉的控制节能研究 J 机械制 台车式燃煤热处理炉的热效率和工件的处理质造及自 动 化 2 0 0 6 3 5 6 量受到加热温度 炉内压力和空燃比等诸多因素的 y i 三 品 己 0 y 巴 巴 己 上接第3 9页 并可以自 动启动排风机及关闭气体阀门等联动装置 论与实际考核合格后方可上岗 6 在遇到突发停电或出现紧急故障而迫使炉 2 在维修热处理气氛炉前 首先可通过前后炉