硬質(zhì)合金壓力燒結(jié)爐H2脫蠟停電自動充氣保護裝置設(shè)計

范昆

（自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，四川自貢 643011）

0 引言

H2脫除硬質(zhì)合金成型劑（石蠟、PEG、SBS等）是目前普遍采用的燒結(jié)工藝，該工藝是在微正壓（大于大氣壓2～3 kPa）狀態(tài)下通入2000～4000 L/h的H2，再從排氫點火口排出燃燒掉，在整個通氫過程中爐內(nèi)從常溫加熱至650℃左右，脫除成型劑的工藝時間為6～25 h（由具體產(chǎn)品來定），由于H2脫成型劑時間較長，經(jīng)常會遇到在長時間脫蠟過程中工廠停電等狀況。如果在H2脫蠟過程中突然停電，同時爐體或管道有較大泄漏時，外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)與熱H2混合，則極易引發(fā)爆炸，造成現(xiàn)場人身及設(shè)備傷害。國內(nèi)同類設(shè)備上就曾多次發(fā)生過因停電引起的H2爆炸事故，因此如何設(shè)計一種在停電狀況下自動回填惰性氣體的保護裝置來保證停電時H2脫蠟過程的安全顯得尤為重要，也是H2脫蠟壓力燒結(jié)爐以及H2脫蠟燒結(jié)工藝能否繼續(xù)在硬質(zhì)合金行業(yè)安全、可靠應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

1 目前國內(nèi)H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過程中停電安全保護設(shè)計的空白

目前國內(nèi)H2脫蠟壓力燒結(jié)爐沒有考慮H2脫蠟過程中突然停電的自動安全聯(lián)鎖保護設(shè)計，基本上都是依靠停電后操作人員手動打開手動充氣閥往爐內(nèi)充微正壓的惰性氣體（氮氣或氬氣），這種手動充氣方式非常不可靠，因為壓力爐在停電后只能觀察機械式壓力表來判斷爐內(nèi)壓力（雖然有些壓力爐上配置有UPS，但UPS一般只能維持15～20 min，對于長時間停電來說不能起到保證安全的作用），而壓力爐的機械式壓力表量程較大，在微正壓時不能顯示，因此操作者不能通過觀察機械式壓力表來判定充入氣體是否達(dá)到微正壓3～5 kPa，若充入氣體壓力過大，則在設(shè)備恢復(fù)供電后較高壓力的H2和Ar的混合氣體不能從排氫點火口安全排出，造成爐內(nèi)有高壓Ar和H2混合氣體無法安全泄壓，引起其他安全隱患。同時手動充氣對操作者要求較高，需要操作人員一直守在設(shè)備旁邊定時手動充氣，手動充氣時不能確定爐內(nèi)氣體泄漏情況，充氣量和次數(shù)過多，造成爐內(nèi)有高壓不能安全排出，充氣量和次數(shù)過少，造成爐內(nèi)壓力為大氣壓，則爐內(nèi)有漏入空氣，引發(fā)爆炸的危險。因此設(shè)計一種在H2脫蠟停電狀況下的自動安全補氣保護裝置對于H2脫蠟燒結(jié)爐能否安全、可靠使用顯得非常重要，同時彌補了國內(nèi)H2脫蠟燒結(jié)壓力爐在通H2過程中停電安全保護的設(shè)計不足。

2 H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過程中停電安全保護裝置結(jié)構(gòu)和原理

以6 MPa壓力燒結(jié)爐為例，爐體7的爐內(nèi)在不同工藝和溫度段下有以下幾種工況：1)微正壓氫氣（常溫～600℃）；2)真空（600～1400 ℃）；3)高壓氬氣（1400～1500 ℃）。

捕蠟器工況：微正壓氫氣或真空（常溫～100℃）。

在微正壓氫氣脫蠟階段遇到長時間停電時，爐體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不能有空氣進(jìn)入，須始終維持爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9為微正壓（3～6 kPa）。由于爐體7的爐內(nèi)有真空、微正壓、高壓三種狀態(tài)，停電時爐體7的爐內(nèi)的狀態(tài)是真空、微正壓還是高壓狀態(tài)是不確定的，因此停電充氣保護必須在停電前做程序判斷和相應(yīng)動作。

1）系統(tǒng)得電時。

系統(tǒng)程序?qū)t體7的爐內(nèi)是處于真空、氫氣微正壓、高壓氬氣這三種狀態(tài)進(jìn)行判斷，捕蠟器9不需要判斷停電前的狀態(tài)，不論任何時候停電都往捕蠟器9充入微正壓氬氣即可。

a.若爐體7的爐內(nèi)處于真空或者氫氣微正壓，同時低壓氬氣壓力開關(guān)1檢測到氣源壓力信號時，爐體補氣保位閥6自動開啟；若爐體7的爐內(nèi)處于高壓或者低壓氬氣壓力開關(guān)1沒有檢測到氣源壓力信號時，爐體補氣保位閥6自動關(guān)閉。

b.爐體補氣常開閥4和捕蠟器補氣常開閥10在設(shè)備處于得電狀態(tài)時始終自動關(guān)閉。

c.減壓器2通過手動將出口壓力減壓至微正壓3～5 kPa，并且將氬氣轉(zhuǎn)子流量計3旋鈕調(diào)到能同時滿足爐體7爐內(nèi)及捕蠟器9的充氣流量設(shè)定，系統(tǒng)停電后，系統(tǒng)自動將進(jìn)口0.2～0.3 MPa的低壓氬氣減壓至3～5 kPa，使?fàn)t體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不會因為進(jìn)口壓力太大，造成爐體7的爐內(nèi)既有高壓又有氫氣，帶高壓的可燃性氣體不能從排氫口正常點火排出，也不能直接從高壓排放口排出而引起嚴(yán)重的安全隱患，因此必須使用減壓器2將充入爐體7的爐內(nèi)的氣體減壓至安全微正壓。

2）系統(tǒng)停電后。

a.爐體補氣常開閥4和捕蠟器補氣常開閥10自動打開。

b.爐體自動補氣保位閥6在系統(tǒng)停電前，程序自動判斷爐內(nèi)有氫氣且低壓氬氣氣源有壓力時，閥門處于開啟狀態(tài)，該閥為保位閥，因此在爐體7的爐內(nèi)有氫氣且有低壓氬氣時，在停電后該閥仍然保持開啟狀態(tài)。

圖1 停電自動充氣保護裝置示意圖

c.第一充氣回路A和第二充氣回路B在系統(tǒng)停電后自動開啟，并按照減壓器2設(shè)定的系統(tǒng)安全微正壓以及氬氣轉(zhuǎn)子流量計3設(shè)定的氣體流量，沿回填充氣方向F，通過第一充氣回路A向爐體7的爐內(nèi)充入氬氣，通過第二充氣回路B向捕蠟器9充入氬氣，以保證停電后爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9始終為安全微正壓，使?fàn)t體7的爐內(nèi)和捕蠟器9不會有空氣滲入，確保爐體7的爐內(nèi)及捕蠟器9內(nèi)的氫氣安全。

該裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3 H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在通H2過程中停電安全保護裝置PLC程序設(shè)計

4 結(jié)論

該實用新型主要針對6 MPa壓力爐在H2脫蠟過程中，發(fā)生長時間停電情況后自動充入安全微正壓Ar保護爐內(nèi)及捕蠟器內(nèi)H2安全，消除了H2脫蠟壓力爐在長時間停電后的安全隱患，確保了H2脫蠟工藝在壓力燒結(jié)爐上的安全可靠運行，該設(shè)計實用性已在公司生產(chǎn)的H2脫蠟壓力燒結(jié)爐上使用近5 a生產(chǎn)的20臺次壓力爐上經(jīng)5 a多時間的安全、可靠運行，得到用戶對該設(shè)備停電安全保護的一致好評，確保H2脫蠟壓力燒結(jié)爐在停電狀態(tài)的設(shè)備和人身安全。

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