連退高氫快冷應(yīng)用中氫氣的安全控制研究

趙渭良+趙曉東+劉世偉+劉增倫

【摘 要】 本文簡述了邯鋼連退線高氫快冷功能和設(shè)備，重點闡述了高氫在硬件和軟件兩方面的安全控制方法及異常處理，同時介紹了爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制方法即如何解決爐內(nèi)氫氣含量分布不均衡等問題。

【關(guān)鍵詞】 高氫快冷 ?雙層膨脹節(jié) ?氣密性測試

1 引言

隨著科技的發(fā)展，高強鋼在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用日趨廣泛，尤其在汽車和家電行業(yè)，高強鋼的比例越來越大。目前高強鋼生產(chǎn)主要通過兩種途徑來實現(xiàn)：一種是化學途徑，即通過添加合金元素;另外一種是物理途徑，即提高冷卻速率。邯鋼邯寶連退機組退火爐采用高氫保護氣體噴射冷卻技術(shù)，即在快冷段通過獨立的氫氣注入管道來提高快冷段的氫氣含量（最高達20%），此提高帶鋼的冷卻速率;同時運用快冷段風箱移動技術(shù)，減少風箱與帶鋼間距來增大氣體噴射壓力以增加氣體流速，進一步提高帶鋼的冷卻速率，以滿足高強鋼生產(chǎn)需求。氫氣的爆炸極限為4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特點，采用高含量氫氣作為冷卻介質(zhì)的高氫噴射冷卻系統(tǒng)，必須具備非常好的密封性和可靠的安全監(jiān)測儀表，同時具備一些安全連鎖條件的建立及意外情況的處理。

2 邯鋼連退線快冷段工藝設(shè)備簡介

邯鋼邯寶連退機組采用立式退火爐，在輻射加熱后采用高氫噴射冷卻的方式對帶鋼進行快速冷卻。其快冷段從上往下被劃分為3個區(qū)域，每一個區(qū)域均有獨立的注入管道來向該區(qū)域注入純氫氣來提高保護氣中的氫氣含量，以此提高帶鋼冷卻速率。每一個區(qū)域由一對風箱，為了進一步提高帶鋼的冷卻速率，風箱設(shè)計為可移動結(jié)構(gòu)，風箱與帶鋼間距可在40～110mm間進行調(diào)節(jié)。為了保證帶鋼寬度風箱上溫度的均勻性，風箱在帶鋼寬度方向上被劃分為五個區(qū)域，由邊部擋板來控制各個區(qū)域的流量。各個區(qū)域之間配備有一對導(dǎo)輥，減少高強鋼生產(chǎn)過程中帶鋼的抖動，避免帶鋼與風箱噴嘴接觸產(chǎn)生劃傷。快冷段出口有掃描高溫計和輻射高溫計，檢測快冷段出口帶鋼溫度分布情況，實現(xiàn)帶鋼溫度的閉環(huán)反饋控制。

3 高氫氫氣注入的安全硬件設(shè)施

3.1 雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)

邯鋼2080連退爐快冷段循環(huán)管道通過膨脹節(jié)與爐殼連接的，這樣的設(shè)計才能滿足移動風箱動作需求。采用雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)，膨脹節(jié)分為內(nèi)、外兩層，中間填充N2來保證管道內(nèi)H2不向外泄露。在生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)實時監(jiān)視膨脹節(jié)氮氣的注入量和膨脹節(jié)壓力，一旦出現(xiàn)膨脹節(jié)壓力低或者氮氣注入流量偏高的時候，立即停止高氫注入時序，避免氫氣泄露發(fā)生意外事故。為保障雙層膨脹節(jié)密封性，必須對雙層膨脹節(jié)進行保壓測試。在保壓測試前對每一個膨脹節(jié)的緊固螺栓進行檢查，保證連接緊密型。之后對膨脹節(jié)進行打壓，利用肥皂水對膨脹節(jié)進行保壓測試，直到滿足設(shè)計要求。快冷段膨脹節(jié)保壓測試中安全范圍內(nèi)泄露量如表1所示：

3.2 泄露監(jiān)測設(shè)備

為了監(jiān)測氫氣泄露情況，在氫氣注入管道旁邊安裝有固定式氫氣報警器，一旦氫氣管道泄露量超過30ppm，固定式氫氣報警器就會發(fā)出聲光報警信號，告知附近工作人員存在危險，同時固定式報警器將此報警信息送到出口操作室內(nèi)的監(jiān)控柜上，產(chǎn)生蜂鳴聲，告知操作人員出現(xiàn)氫氣泄露。操作人員接到報警信息后，立即啟動氫氣泄露緊急處理方案進行處理。利用標準樣氣對其檢驗，保證其功能完好。

4 高氫氫氣注入的安全軟件保障

在控制系統(tǒng)中，為了保障高氫功能在一個絕對安全的環(huán)境中進行，主要從以下幾個方面著手：

首先確保現(xiàn)場所有安全保障設(shè)備必須處于正常工作狀態(tài)，如測報儀柜CEX工作正常，爐內(nèi)氛圍分析儀及快冷段氛圍分析儀數(shù)值正常等，才能夠使能高氫注入。其次每一次啟動高氫注入時序之前，要檢查整個快冷段氫氣注入管道的氣密性。即在氫氣管道中注入N2，逐段做保壓試驗，只有保壓試驗達到規(guī)定要求。才可以順利啟動高氫注入時序。該措施可以確保氫氣注入之前，氫氣注入管道的安全性，提高安全系數(shù)。高氫注入時序前安全連鎖條件內(nèi)容涵蓋氫氣注入系統(tǒng)中設(shè)備的可靠性檢查、注入管道的氣密性檢查、事故氮氣吹掃管路設(shè)備可靠性監(jiān)測、爐內(nèi)各段的爐內(nèi)氛圍分析、快冷段爐內(nèi)氛圍分析、循環(huán)管道膨脹節(jié)壓力及流量監(jiān)測、爐內(nèi)各段壓力監(jiān)測以及加熱段和實效段的溫度監(jiān)測。一旦某一個連鎖條件不滿足，時序是不允許啟動的。最后，一旦氫氣注入時序停止，就會啟動快冷段循環(huán)管道的N2吹掃功能，吹掃時間根據(jù)快冷段內(nèi)氫氣含量的不同而不同。

5 爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制

快冷段注入高氫以后，為了保證安全，需要對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，尤其是低溫段（預(yù)熱段和終冷段），其最高氫氣含量不得超過5%。在控制程序中，新增高氫模式下爐內(nèi)各段氫氣含量設(shè)定高限報警值和高高限報警值，并在時序里面做連鎖控制，當任何一個采樣點觸發(fā)高高限報警值的時候，高氫時序自動停止。

6 結(jié)語

高氫功能對高強鋼開發(fā)及穩(wěn)定生產(chǎn)具有關(guān)鍵作用，同時也對連退線的整體節(jié)能具有積極意義。高氫氫氣的安全控制就成為了高氫功能投用的重中之中，通過從硬件方面如雙層膨脹節(jié)保壓密封測試，軟件方面如氫氣注入前安全聯(lián)鎖條件檢測和氫氣注入時急停后氮氣吹掃方案，同時對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，保障了高氫使用時氫氣使用的安全性。

參考文獻：

[1]張富.邯鋼2080連退線高氫注入功能開發(fā)及應(yīng)用[J].金屬世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint

【摘 要】 本文簡述了邯鋼連退線高氫快冷功能和設(shè)備，重點闡述了高氫在硬件和軟件兩方面的安全控制方法及異常處理，同時介紹了爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制方法即如何解決爐內(nèi)氫氣含量分布不均衡等問題。

【關(guān)鍵詞】 高氫快冷 ?雙層膨脹節(jié) ?氣密性測試

1 引言

隨著科技的發(fā)展，高強鋼在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用日趨廣泛，尤其在汽車和家電行業(yè)，高強鋼的比例越來越大。目前高強鋼生產(chǎn)主要通過兩種途徑來實現(xiàn)：一種是化學途徑，即通過添加合金元素;另外一種是物理途徑，即提高冷卻速率。邯鋼邯寶連退機組退火爐采用高氫保護氣體噴射冷卻技術(shù)，即在快冷段通過獨立的氫氣注入管道來提高快冷段的氫氣含量（最高達20%），此提高帶鋼的冷卻速率;同時運用快冷段風箱移動技術(shù)，減少風箱與帶鋼間距來增大氣體噴射壓力以增加氣體流速，進一步提高帶鋼的冷卻速率，以滿足高強鋼生產(chǎn)需求。氫氣的爆炸極限為4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特點，采用高含量氫氣作為冷卻介質(zhì)的高氫噴射冷卻系統(tǒng)，必須具備非常好的密封性和可靠的安全監(jiān)測儀表，同時具備一些安全連鎖條件的建立及意外情況的處理。

2 邯鋼連退線快冷段工藝設(shè)備簡介

邯鋼邯寶連退機組采用立式退火爐，在輻射加熱后采用高氫噴射冷卻的方式對帶鋼進行快速冷卻。其快冷段從上往下被劃分為3個區(qū)域，每一個區(qū)域均有獨立的注入管道來向該區(qū)域注入純氫氣來提高保護氣中的氫氣含量，以此提高帶鋼冷卻速率。每一個區(qū)域由一對風箱，為了進一步提高帶鋼的冷卻速率，風箱設(shè)計為可移動結(jié)構(gòu)，風箱與帶鋼間距可在40～110mm間進行調(diào)節(jié)。為了保證帶鋼寬度風箱上溫度的均勻性，風箱在帶鋼寬度方向上被劃分為五個區(qū)域，由邊部擋板來控制各個區(qū)域的流量。各個區(qū)域之間配備有一對導(dǎo)輥，減少高強鋼生產(chǎn)過程中帶鋼的抖動，避免帶鋼與風箱噴嘴接觸產(chǎn)生劃傷。快冷段出口有掃描高溫計和輻射高溫計，檢測快冷段出口帶鋼溫度分布情況，實現(xiàn)帶鋼溫度的閉環(huán)反饋控制。

3 高氫氫氣注入的安全硬件設(shè)施

3.1 雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)

邯鋼2080連退爐快冷段循環(huán)管道通過膨脹節(jié)與爐殼連接的，這樣的設(shè)計才能滿足移動風箱動作需求。采用雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)，膨脹節(jié)分為內(nèi)、外兩層，中間填充N2來保證管道內(nèi)H2不向外泄露。在生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)實時監(jiān)視膨脹節(jié)氮氣的注入量和膨脹節(jié)壓力，一旦出現(xiàn)膨脹節(jié)壓力低或者氮氣注入流量偏高的時候，立即停止高氫注入時序，避免氫氣泄露發(fā)生意外事故。為保障雙層膨脹節(jié)密封性，必須對雙層膨脹節(jié)進行保壓測試。在保壓測試前對每一個膨脹節(jié)的緊固螺栓進行檢查，保證連接緊密型。之后對膨脹節(jié)進行打壓，利用肥皂水對膨脹節(jié)進行保壓測試，直到滿足設(shè)計要求。快冷段膨脹節(jié)保壓測試中安全范圍內(nèi)泄露量如表1所示：

3.2 泄露監(jiān)測設(shè)備

為了監(jiān)測氫氣泄露情況，在氫氣注入管道旁邊安裝有固定式氫氣報警器，一旦氫氣管道泄露量超過30ppm，固定式氫氣報警器就會發(fā)出聲光報警信號，告知附近工作人員存在危險，同時固定式報警器將此報警信息送到出口操作室內(nèi)的監(jiān)控柜上，產(chǎn)生蜂鳴聲，告知操作人員出現(xiàn)氫氣泄露。操作人員接到報警信息后，立即啟動氫氣泄露緊急處理方案進行處理。利用標準樣氣對其檢驗，保證其功能完好。

4 高氫氫氣注入的安全軟件保障

在控制系統(tǒng)中，為了保障高氫功能在一個絕對安全的環(huán)境中進行，主要從以下幾個方面著手：

首先確保現(xiàn)場所有安全保障設(shè)備必須處于正常工作狀態(tài)，如測報儀柜CEX工作正常，爐內(nèi)氛圍分析儀及快冷段氛圍分析儀數(shù)值正常等，才能夠使能高氫注入。其次每一次啟動高氫注入時序之前，要檢查整個快冷段氫氣注入管道的氣密性。即在氫氣管道中注入N2，逐段做保壓試驗，只有保壓試驗達到規(guī)定要求。才可以順利啟動高氫注入時序。該措施可以確保氫氣注入之前，氫氣注入管道的安全性，提高安全系數(shù)。高氫注入時序前安全連鎖條件內(nèi)容涵蓋氫氣注入系統(tǒng)中設(shè)備的可靠性檢查、注入管道的氣密性檢查、事故氮氣吹掃管路設(shè)備可靠性監(jiān)測、爐內(nèi)各段的爐內(nèi)氛圍分析、快冷段爐內(nèi)氛圍分析、循環(huán)管道膨脹節(jié)壓力及流量監(jiān)測、爐內(nèi)各段壓力監(jiān)測以及加熱段和實效段的溫度監(jiān)測。一旦某一個連鎖條件不滿足，時序是不允許啟動的。最后，一旦氫氣注入時序停止，就會啟動快冷段循環(huán)管道的N2吹掃功能，吹掃時間根據(jù)快冷段內(nèi)氫氣含量的不同而不同。

5 爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制

快冷段注入高氫以后，為了保證安全，需要對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，尤其是低溫段（預(yù)熱段和終冷段），其最高氫氣含量不得超過5%。在控制程序中，新增高氫模式下爐內(nèi)各段氫氣含量設(shè)定高限報警值和高高限報警值，并在時序里面做連鎖控制，當任何一個采樣點觸發(fā)高高限報警值的時候，高氫時序自動停止。

6 結(jié)語

高氫功能對高強鋼開發(fā)及穩(wěn)定生產(chǎn)具有關(guān)鍵作用，同時也對連退線的整體節(jié)能具有積極意義。高氫氫氣的安全控制就成為了高氫功能投用的重中之中，通過從硬件方面如雙層膨脹節(jié)保壓密封測試，軟件方面如氫氣注入前安全聯(lián)鎖條件檢測和氫氣注入時急停后氮氣吹掃方案，同時對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，保障了高氫使用時氫氣使用的安全性。

參考文獻：

[1]張富.邯鋼2080連退線高氫注入功能開發(fā)及應(yīng)用[J].金屬世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint

【摘 要】 本文簡述了邯鋼連退線高氫快冷功能和設(shè)備，重點闡述了高氫在硬件和軟件兩方面的安全控制方法及異常處理，同時介紹了爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制方法即如何解決爐內(nèi)氫氣含量分布不均衡等問題。

【關(guān)鍵詞】 高氫快冷 ?雙層膨脹節(jié) ?氣密性測試

1 引言

隨著科技的發(fā)展，高強鋼在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用日趨廣泛，尤其在汽車和家電行業(yè)，高強鋼的比例越來越大。目前高強鋼生產(chǎn)主要通過兩種途徑來實現(xiàn)：一種是化學途徑，即通過添加合金元素;另外一種是物理途徑，即提高冷卻速率。邯鋼邯寶連退機組退火爐采用高氫保護氣體噴射冷卻技術(shù)，即在快冷段通過獨立的氫氣注入管道來提高快冷段的氫氣含量（最高達20%），此提高帶鋼的冷卻速率;同時運用快冷段風箱移動技術(shù)，減少風箱與帶鋼間距來增大氣體噴射壓力以增加氣體流速，進一步提高帶鋼的冷卻速率，以滿足高強鋼生產(chǎn)需求。氫氣的爆炸極限為4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特點，采用高含量氫氣作為冷卻介質(zhì)的高氫噴射冷卻系統(tǒng)，必須具備非常好的密封性和可靠的安全監(jiān)測儀表，同時具備一些安全連鎖條件的建立及意外情況的處理。

2 邯鋼連退線快冷段工藝設(shè)備簡介

邯鋼邯寶連退機組采用立式退火爐，在輻射加熱后采用高氫噴射冷卻的方式對帶鋼進行快速冷卻。其快冷段從上往下被劃分為3個區(qū)域，每一個區(qū)域均有獨立的注入管道來向該區(qū)域注入純氫氣來提高保護氣中的氫氣含量，以此提高帶鋼冷卻速率。每一個區(qū)域由一對風箱，為了進一步提高帶鋼的冷卻速率，風箱設(shè)計為可移動結(jié)構(gòu)，風箱與帶鋼間距可在40～110mm間進行調(diào)節(jié)。為了保證帶鋼寬度風箱上溫度的均勻性，風箱在帶鋼寬度方向上被劃分為五個區(qū)域，由邊部擋板來控制各個區(qū)域的流量。各個區(qū)域之間配備有一對導(dǎo)輥，減少高強鋼生產(chǎn)過程中帶鋼的抖動，避免帶鋼與風箱噴嘴接觸產(chǎn)生劃傷。快冷段出口有掃描高溫計和輻射高溫計，檢測快冷段出口帶鋼溫度分布情況，實現(xiàn)帶鋼溫度的閉環(huán)反饋控制。

3 高氫氫氣注入的安全硬件設(shè)施

3.1 雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)

邯鋼2080連退爐快冷段循環(huán)管道通過膨脹節(jié)與爐殼連接的，這樣的設(shè)計才能滿足移動風箱動作需求。采用雙層膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)，膨脹節(jié)分為內(nèi)、外兩層，中間填充N2來保證管道內(nèi)H2不向外泄露。在生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)實時監(jiān)視膨脹節(jié)氮氣的注入量和膨脹節(jié)壓力，一旦出現(xiàn)膨脹節(jié)壓力低或者氮氣注入流量偏高的時候，立即停止高氫注入時序，避免氫氣泄露發(fā)生意外事故。為保障雙層膨脹節(jié)密封性，必須對雙層膨脹節(jié)進行保壓測試。在保壓測試前對每一個膨脹節(jié)的緊固螺栓進行檢查，保證連接緊密型。之后對膨脹節(jié)進行打壓，利用肥皂水對膨脹節(jié)進行保壓測試，直到滿足設(shè)計要求。快冷段膨脹節(jié)保壓測試中安全范圍內(nèi)泄露量如表1所示：

3.2 泄露監(jiān)測設(shè)備

為了監(jiān)測氫氣泄露情況，在氫氣注入管道旁邊安裝有固定式氫氣報警器，一旦氫氣管道泄露量超過30ppm，固定式氫氣報警器就會發(fā)出聲光報警信號，告知附近工作人員存在危險，同時固定式報警器將此報警信息送到出口操作室內(nèi)的監(jiān)控柜上，產(chǎn)生蜂鳴聲，告知操作人員出現(xiàn)氫氣泄露。操作人員接到報警信息后，立即啟動氫氣泄露緊急處理方案進行處理。利用標準樣氣對其檢驗，保證其功能完好。

4 高氫氫氣注入的安全軟件保障

在控制系統(tǒng)中，為了保障高氫功能在一個絕對安全的環(huán)境中進行，主要從以下幾個方面著手：

首先確保現(xiàn)場所有安全保障設(shè)備必須處于正常工作狀態(tài)，如測報儀柜CEX工作正常，爐內(nèi)氛圍分析儀及快冷段氛圍分析儀數(shù)值正常等，才能夠使能高氫注入。其次每一次啟動高氫注入時序之前，要檢查整個快冷段氫氣注入管道的氣密性。即在氫氣管道中注入N2，逐段做保壓試驗，只有保壓試驗達到規(guī)定要求。才可以順利啟動高氫注入時序。該措施可以確保氫氣注入之前，氫氣注入管道的安全性，提高安全系數(shù)。高氫注入時序前安全連鎖條件內(nèi)容涵蓋氫氣注入系統(tǒng)中設(shè)備的可靠性檢查、注入管道的氣密性檢查、事故氮氣吹掃管路設(shè)備可靠性監(jiān)測、爐內(nèi)各段的爐內(nèi)氛圍分析、快冷段爐內(nèi)氛圍分析、循環(huán)管道膨脹節(jié)壓力及流量監(jiān)測、爐內(nèi)各段壓力監(jiān)測以及加熱段和實效段的溫度監(jiān)測。一旦某一個連鎖條件不滿足，時序是不允許啟動的。最后，一旦氫氣注入時序停止，就會啟動快冷段循環(huán)管道的N2吹掃功能，吹掃時間根據(jù)快冷段內(nèi)氫氣含量的不同而不同。

5 爐內(nèi)各區(qū)域氫氣含量控制

快冷段注入高氫以后，為了保證安全，需要對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，尤其是低溫段（預(yù)熱段和終冷段），其最高氫氣含量不得超過5%。在控制程序中，新增高氫模式下爐內(nèi)各段氫氣含量設(shè)定高限報警值和高高限報警值，并在時序里面做連鎖控制，當任何一個采樣點觸發(fā)高高限報警值的時候，高氫時序自動停止。

6 結(jié)語

高氫功能對高強鋼開發(fā)及穩(wěn)定生產(chǎn)具有關(guān)鍵作用，同時也對連退線的整體節(jié)能具有積極意義。高氫氫氣的安全控制就成為了高氫功能投用的重中之中，通過從硬件方面如雙層膨脹節(jié)保壓密封測試，軟件方面如氫氣注入前安全聯(lián)鎖條件檢測和氫氣注入時急停后氮氣吹掃方案，同時對爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量進行控制，保障了高氫使用時氫氣使用的安全性。

參考文獻：

[1]張富.邯鋼2080連退線高氫注入功能開發(fā)及應(yīng)用[J].金屬世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint