陈扬
【摘 要】通过对天钢高线厂2#加热炉发生泄露事故的水梁立柱进行拆解,结合现场情况进行分析,确定了水梁泄露事故发生的直接原因是立柱芯管脱落和耐火材料脱落,提出了发生事故时的应急处理措施和预防措施. 【期刊名称】《天津冶金》
节能玻璃贴膜【年(卷),期】2018(000)004
【总页数】荧光增白剂ob3页(P33-35)
【关键词】汽化冷却;水梁;泄露;预防;应急处理
【作 者】陈扬
【作者单位】天津钢铁集团有限公司,天津300301
【正文语种】中 文
0 引言
步进式加热炉相对于推钢式加热炉优点明显，应用广泛。水梁是步进梁式加热炉的关键组件。在步进梁式加热炉运行过程中，水梁起到承重和托运钢坯的作用，为保证水梁强度，对水梁的冷却显得尤为重要。水梁的冷却方式一般有水冷却和汽化冷却两种，而汽化冷却因省水、节能、加热效果好、热效率高等优点，被广泛应用。汽化冷却水梁十分重要，一旦发生泄露，很容易造成水梁坍塌，严重影响生产。
1 加热炉简介
天钢高线厂2#加热炉于2009年建造完成投入使用，设计产量为110 t/h，炉型为双蓄热步进式加热炉，水梁起到钢坯承重和托运的作用，为了确保水梁的工作强度，需要对水梁进行冷却[1]。加热炉水梁采用强制循环汽化冷却[2]，软水从水站进入软水箱，经软水泵进入热力除氧器，除氧后经给水泵进入汽包，然后通过循环泵进入水梁系统，在水梁内进行汽化冷却过程，汽水混合物重新回到汽包进行汽水分离。
加热炉水梁设计为4根活动梁，5根固定梁，软水由双立柱进水管进入纵梁，经纵梁循环后从双立柱回水管回到汽包，单立柱为套管结构，如图1所示。汽水混合物在纵梁内流动时，从单立柱芯管坡口进入芯管，向下穿过芯管后，从芯管外部向上返回纵梁，从而完成立柱的汽化冷却过程。
图1 单立柱内部结构
2 事故发生
2017年9月23日晚，在正常生产过程中，2#加热炉操作人员听到一声异响，几分钟后，首先发现炉内出现大量蒸汽，炉压失控，去炉底检查发现炉底排渣孔出现滴水，通过排查判断为水梁泄漏，于是加强软水补水，将汽包压力逐步降低为0，同时马上进行停炉处理。将对应位置的炉内辊拆除以后，发现3#水梁1#立柱出现泄漏，泄漏部位耐火材料大片脱落，软水呈发散喷射状从泄露点喷出，纵梁已经发生坍塌。
3 事故处理
图2 3#活动梁纵梁和双立柱截断面
预制梁
停炉降温后，将发生泄露的3#活动梁拆除，发现该水梁纵梁及双管立柱基本完好，无腐蚀或明显积垢及堵塞情况，截断面如图2所示。20号钢，管壁厚16 mm，更换为同尺寸20G锅炉管材质，提高水梁强度，延长使用寿命。对新水梁按设计图纸进行保温包扎，但将原设计浇筑水梁用低水泥浇注料更换为磷酸盐高温防爆浇注料，以减少烘炉时间，快速投入生产。
4事故发生过程及原因分析
综合事故发生前后加热炉运行情况和3#水梁拆解情况，分析水梁泄露过程如下。
发生泄露的单管立柱，泄露部位发生鼓胀，鼓胀部位有多条纵向裂纹，鼓胀中心部位的一条纵裂纹中间，有两个紧邻的漏点。图3为发生鼓胀泄露的水梁立柱和泄露点情况。该立柱内部芯管已经脱落，且氧化烧损严重，基本已经全部成为氧化铁皮，用手可捏碎。同时，该活动水梁5#立柱的芯管也已经脱落，立柱底部积垢已将芯管下部掩埋，该立柱耐火材料包扎完好，也未发生泄露或其他异常情况。图4（a）箭头所示为发生泄露的立柱内已经碎断的芯管，图4（b）为芯管脱落但未发生泄露的水梁立柱。抢修作业将该3#活动水梁纵梁和立柱全部拆除，按原设计尺寸制作新水梁，原水梁设计材质为
4.1 立柱芯管脱落
生产过程中，3#活动水梁1#立柱和5#立柱芯管脱落，这个情况可能发生在较长时间之前，因为如果仅仅是芯管脱落，那么并非一定会很快发生水梁泄漏的事故。芯管脱落之后，这两个立柱由强制循环汽化冷却改变为自然循环汽化冷却，即冷却方式由汽水混合物从纵梁内流动时经立柱芯管坡口向下进入芯管，然后由立柱底部向上从芯管外部返回水梁纵梁的强制循环汽化冷却，改变为汽水混合物从纵梁内直接从立柱与纵梁连接处流下，经加热汽化后饱和蒸汽向上返回纵梁的自然循环汽化冷却，冷却效果变差，但仍然能够维持立柱的工作强度。
图3 已拆除的发生鼓胀的水梁立柱和立柱上的泄露点
图4 发生泄露的立柱和芯管脱落但未泄露的立柱
4.2 立柱耐材脱落
直至事故发生的两天前，操作人员日常巡检发现3#水梁1#立柱耐火材料在生产过程中部分脱落，脱落的高温通红的块状耐火材料从出料悬臂辊道下方的排渣口掉至炉底，刚掉落时超音频电源
加热炉未出现其他异常，所以只能加强巡检，勤观察，随时掌握设备运行情况。
4.3 发生泄漏
立云购物商城耐火材料脱落以后，该立柱吸热量大幅增加，纵梁流下的汽水混合物由于过量吸热导致其中的水大量汽化，使得该立柱的冷却效果减弱，自然循环已经无法满足冷却需要，导致立柱管壁温度过高失去强度，水梁内部压力将已烧红的管壁胀破，出现泄露点，于是高温高压的汽水混合物大量喷出。事故发生时，操作人员听到的一声异响即为水梁立柱管壁胀破瞬间所发出。而芯管同样已经脱落的3#活动梁5#立柱，由于耐火材料包扎完好，吸热量被很好地控制在安全限度内，自然循环汽化冷却仍然能够达到维持立柱强度所需的冷却效果，所以该立柱没有出现泄漏情况。实际上，即使立柱芯管没有脱落，如果立柱底部积垢达到一定高度，也会将芯管下部掩埋，从而使立柱的强制循环消失，冷却效果变差[3]。
4.4 水梁坍塌
因为水梁内汽水混合物为饱和状态，立柱泄露造成该水梁内部压力急剧降低，使得内部水的沸点降低，加剧沸腾，该水梁内的水很快全部成为水蒸汽，失去冷却效果，于是整根水
梁纵梁被烧红，失去强度，造成坍塌。泄露立柱的芯管由于管壁较薄（2.5 mm），被全部氧化成为氧化铁皮。这段时间内，汽包供应的软水被泄露和汽化大量消耗，导致汽包水位迅速下降。消耗的软水很大一部分在事故水梁内汽化为水蒸汽通过泄露点排入炉膛内，造成炉压失控。
4.5 事故处理
发生泄漏后，操作人员紧急停炉降温，同时人为控制通过蒸汽放散降低汽包压力。随着汽包压力降低，供应至水梁的给水压力随之降低，所有水梁，包括发生泄漏的3#活动梁内逐渐不再发生汽化过程，成为水冷却。这时，泄露水梁内部逐渐充满软水。汽包降压为0后，水梁内的汽化冷却过程，改变为水冷却，不再产生蒸汽，使得泄露的水梁在其烧塌变形之后也维持了一定的强度，没有再度恶化。汽化冷却循环系统的结构为：汽包-循环泵-给水联箱（活动梁、固定梁）-各水梁-回水联箱（活动梁、固定梁）-汽包，各水梁为并联结构，每根水梁都有单独的循环回路，3#活动水梁立柱泄漏时，给水联箱仍然同时供应所有水梁的进水，所以其他水梁并没有受到3#水梁立柱泄漏的影响。同时由于测量水梁支路流量的孔板流量计位于水梁支路进水管处，其测量的流量数据为单根水梁总的流量，个别立
柱的冷却方式由强制循环改变为自然循环，对水梁流量的影响微乎其微，所以直至事故发生前，加热炉PLC系统中水梁流量参数仍然显示正常。纳米二氧化钛涂料
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