Взрывы газов
Образующиеся в горне каждой работающей доменной печи газы, поднимаясь сквозь толщу шихтовых материалов на колошник, отдают им свое тепло и, взаимодействуя с окислами железа, восстанавливают его.
Из печи газы поступают через газоотводы в наклонные газопроводы, оттуда в пылеуловители и дальше в общую газовую сеть и на газоочистку. Количество образующихся газов в доменных печах зависит от объема печи и от сорта выплавляемых чугунов. По опытным данным, в доменных печах объемом 1386 м3, при выплавке передельных марок чугуна, выход газа составляет 270 000 м3/час; в доменных печах объемом 1719 м3 при тех же условиях, выход газа достигает 380 000 м3/час.
Состав газов зависит от сорта выплавляемого чугуна. В табл. 5 приводятся данные о составах газов при выплавках различных сортов чугуна.
Таблица 5. Средний состав доменного газа при выплавках различных марок чугуна и ферросплавов
При нормальной работе доменных печей воздух окружающей атмосферы не может проникнуть в газопроводы и в газовые системы вследствие более высокого в них давления газов. Воздух может проникнуть в газопроводы только при снижении давления газа, что происходит при всевозможных неполадках. Например, при внезапных остановках доменной печи, при самопроизвольных и принудительных осадках и т. д.
Наиболее часто взрывы газов возникают в следующих местах: в газо- и воздухопроводах доменной печи и в аппаратах для нагрева воздуха; в пылеуловителях и на колошнике доменной печи.
Рассмотрим несколько случаев взрыва газов.
На одном металлургическом заводе, внезапно была прекращена подача электроэнергии к доменным печам вследствие аварии в энергокольце. Авария затянулась и доменные печи были остановлены. Остановка печей прошла без каких-либо осложнений, но после ликвидации аварии, при задувке четвертой по счету доменной печи произошел взрыв воздухонагревателем № 3 к дутья, на участке между воздухонагревателем № 3 и клапаном снорт (рис. 6). При этом были повреждены клапан холодного дутья 3, воздушно-разгрузочный клапан 8 и разворочен воздухопровод холодного дутья 5.
Рис. 6. Место взрыва воздухопровода холодного дутья: 1 — доменная печь; 2 — смесительно-отсечной клапан; 3 — клапан холодного дутья; 4 — клапан горячего дутья; 5 — воздухопровод холодного дутья; 6 — воздухопровод горячего дутья; 7 — диафрагма; 8 — воздушно-разгрузочный клапан № 1, № 2, № 3 — воздухонагреватели
Взрыв произошел при следующих обстоятельствах. После ликвидации аварии в энергосистеме был пущен турбокомпрессор доменной печи открыт воздушно-разгрузочный клапан и продут воздухопровод. После чтого открыли перепускной клапан и клапан холодного дутья на воздухонагревателе № 3, который был подготовлен для постановки на «дутье». Взрыв произошел вскоре после открытия клапана холодного дутья для пуска воздуха в воздухонагреватель.
Проникновение газа из печи в воздухопровод холодного дутья на далекое расстояние, до воздушно-разгрузочного клапана, когда отсечной клапан 2 и все клапаны горячего дутья 4 были закрыты, можно объяснить лишь тем, что смесительно-отсечной клапан, расположенный на патрубке, подводящем холодное дутье к трубопроводу горячего дутья 6, не был плотно закрыт или он по сработал и все время оставался открытым. Только при таких условиях давление газа в доменной печи могло оказаться выше давления холодного дутья в воздухопроводе и газ из горна через фурмы прошел в кольцевую трубу, проник в патрубок, подводящий холодное дутье к трубе горячего дутья, и достиг воздушно-разгрузочного клапана.
Когда был пущен турбокомпрессор (воздуходувная машина) и дутье после продувки воздухопровода и закрытия воздушно-разгрузочного клапана начало поступит в трубопровод холодного дутья, то в зоне взрыва образовалась взрывоопасная смесь, которая после открытия перепускного клапана и клапана холодного дутья проникла в воздухонагреватель и здесь воспламенилась, произошел взрыв, который распространился на всем участке от воздухонагревателя до воздушно-разгрузочного клапана.
Предотвратить взрыв можно было только точным исполнением инструкций по пуску и остановке печей при аварийных остановках. Такие инструкции имеются на заводах и по ним проверяются знания персонала.
Персонал печи, особенно мастер и старший газовщик, должны были проверить исправность смесительно-отсечного клапана. Мастер должен был проверить, как сработает отсечной клапан после остановки печи. Неисправность его легко обнаружить хотя бы простым прощупыванием поверхности воздухопровода холодного дутья: если газ из печи проникнет в этот воздухопровод, то температура его должна повыситься.
Взрывы газов в пылеуловителях
Выходящие из доменной печи 1 (рис. 7) газы по газоотводам 2 и наклонным газопроводам 3 поступают и пылеуловитель 4, где происходит выпадение наиболее крупных частиц пыли шихтовых материалов, унесенных газами из доменной печи. За пылеуловителем расположены отсечные устройства — тарельчатый отделительный клапан и листовая задвижка, — при помощи которых, в случае необходимости, доменная печь отделяется от общей газовой сети и газоочистки.
Рис. 7. Схема газопроводов доменной печи после отсоединения от общего газопровода
Наиболее часто взрывы газов происходят в пылеуловителях, которые представляют собой резервуары объемом до 1000 м3 и более, заполненные газом. Особенно опасное положение наступает после закрытия тарельчатого отделительного клапана при выдувках печи, когда доменная печь отсоединяется от общей газовой сети и газоочистки; тогда газопроводы и пылеуловитель образуют тупиковую газопроводную систему, заполненную газом, который находится в неподвижном состоянии.
Когда же давление в печи понижается до атмосферного, газы, находящиеся в тупиковой системе, начинают перемещаться в сторону, обратную принудительному, т. е. от пылеуловителя к печи, и выходят наружу через открытые атмосферные клапаны печи.
Движению газов в сторону, обратную принудительному, способствует естественная тяга, которая создается в наклонных газопроводах вследствие того, что они расположены наклонно и концы их со стороны печи находЯТСЯ выше, чем у пылеуловителя, на несколько десятков метров.
Расчеты показывают, что такое расположение наклонных газопроводов создает разрежение в пылеуловителе 12-15 мм вод. ст.
Рассмотрим взрыв, происшедший в пылеуловителе доменной печи объемом 982 м3.
В 1954 г. во время выдувки доменной печи произошел взрыв в первом пылеуловителе (рис. 8).
Рис. 8. Взрыв в первом пылеуловителе: 1 — первый пылеуловитель; 2 — циклон; 3 — второй пылеуловитель; 4 — газопровод; 5 — газовыпускной (атмосферный) клапан
Силой взрыва верхняя коническая часть стальной конструкции пылеуловителя была сорвана и вместе с плетью оторванного газопровода весом около 18 т заброшена на крышу литейного двора доменной печи на растояние около 20 м.
Подготовка доменной печи к остановке и порядок выдувки были разработаны, и персонал, участвовавший в выдувке, проинструктирован, но при проведении выдувки были допущены следующие нарушения общепринятых мер предосторожности:
а) выдувка доменной печи велась быстрым темпом без резкого снижения количества дутья, подаваемого в печь;
б) до выдувки было известно, что в печи имеется настыль значительных размеров. Однако до начала выдувки ее не удалили, и печь выдувалась без учета существования настыли;
в) выдувка сопровождалась многочисленными осадками шихтовых материалов в печи, но для успокоения ходи печи никаких мер не принималось.
Анализ диаграмм измерительных приборов и внешним осмотр разрушений пылеуловителя показали, что взрыв произошел вследствие проникновения воздуха в пылеуловитель, когда наступило в нем разрежение в результате сильной осадки шихтовых материалов в доменной печи.
По записям измерительных приборов во время выдувки в доменной печи и пылеуловителе давление дутья,
а следовательно, и газов в печи снижалось до атмосферного четыре раза и восемь раз — до 0,1—0,2 ати, что также приводит к перемещению газов от пылеуловителя к печи.
Глубокому опусканию шихтовых материалов в печи во время аварии способствовал обрыв настыли и падение ее тяжелых кусков на поверхность уровня шихты Это было подтверждено сильными сотрясениями всех конструкций печи и фундамента во время аварии и наличием остатков кусков настыли в горне, обнаруженные после выдувки печи.
Вследствие одновременного действия осадки и обрыва настыли уровень шихтовых материалов глубоко опустился вниз и материалы уплотнились. В этот момент в пылеуловителе и наступило кратковременное разряжение, и атмосферный воздух через открытый гановыпускной клапан проник в пылеуловитель. Взрывоопасная смесь образовалась вверху пылеуловителя; она воспламенилась от раскаленных кусков кокса, которые выбрасываются из доменной печи при больших осадках. В результате произошел взрыв.
В пылеуловителях и во всей системе газопроводов при выдувках доменных печей взрывы не происходят, если строго соблюдаются следующие основные правила, изложеные в инструкциях:
1. К выдувке доменной печи можно приступать только после тщательной подготовки печи к остановке. В печи не должно быть настылей; чугун и шлак должны иметь нормальный состав и температуру. Ход печи должен быть ровный, без осадок и состав газа нормальный.
2. Выдувку печи следует проводить медленно, не допускать во время выдувки осадок шихтовых материалов и остановок печи.
3. Во время выдувки печи газовыпускной клапан на пылеуловителе должен быть, как правило, закрыт.
4. Нельзя допускать обильной подачи воды в печь во время выдувки; вода в больших количествах проникнет глубоко в шихтовые материалы, охлаждает жидкие первичные шлаки, которые затвердевают и закрепляются на стенках кладки, что и приводит к осадкам.
Для создания нормальных условий для движения газов и системе газопроводов печи большое значение имеет рациональная схема расположения газопроводов доменной печи. Основной недостаток существующих газопроводов заключается в наличии тупиковых газопроводов, образующихся после отделения печи от общей газовой сети, в которых газ во время выдувок и задувок печи находится в неподвижном состоянии. Недостатки конструкции газопроводной системы в действующих печах невозможно устранить и поэтому для поддержании постоянного положительного давления газов в пылеуловитель подводится пар.
Однако при внезапных снижениях давления газов в печи до атмосферного большие массы газа из пылеуловителя устремляются по наклонным газопроводам в сторону печи и пар, подводимый в такие короткие промежутки времени, не может компенсировать снижения давления в пылеуловителе.