Продувка сосудов инертным газом
Влияние продувки инертными газами на состав металла в известной мере аналогично обработке вакуумом. При продувке инертными газами массу металла пронизывают тысячи пузырей инертного газа, каждый из которых служит своеобразной маленькой вакуумной камерой, так как парциальные давления водорода и азота в таком пузыре равны нулю. При продувке инертным газом происходит интенсивное перемешивание металла, усреднение его состава. В тех случаях, когда поверхность металла покрыта шлаком заданного состава, при перемешивании улучшаются условия протекания ассимиляции таким шлаком неметаллических включений. Большое количество пузырей инертного газа приводит к интенсификации процесса газовыделения, так как пузыри являются готовыми полостями с развитой поверхностью раздела, что очень важно для образования новой фазы. Продувка инертным газом сопровождается снижением температуры металла (газ нагревается и интенсивно уносит тепло), поэтому продувку инертным газом часто используют для регулирования температуры металла в ковше.
Проведение операции продувки больших масс металла инертными газами в ковше проще и дешевле, чем обработка вакуумом, поэтому, если это возможно, обработку вакуумом заменяют продувкой инертными газами через пористые пробки в днище ковша или через полый стопор. Для процесса продувки металла инертными газами характерно:
- уменьшение содержания газов в металле;
- интенсивное перемешивание расплава, улучшение условий протекания процессов перевода в шлак неметаллических включений, при этом состав металла усредняется;
- улучшение условий протекания реакции окисления углерода;
- снижение температуры металла.
Метод продувки инертными газами для повышения качества металла получил промышленное распространение по мере освоения технологии получения больших количеств дешевого аргона как сопутствующего продукта при производстве кислорода. На кислородных станциях аргон выделяют при ректификации жидкого воздуха. Если завод имеет мощную кислородную станцию, то объем попутно получающегося аргона достаточен для обработки больших количеств стали.
Для продувки металла, не содержащего нитридообразующих элементов (хрома, титана, ванадия и т. п.), часто используют азот. При 1550-1600°С процесс растворения азота в жидком железе не получает заметного развития. Расход инертного газа составляет обычно 0,1-3,0 м3/т стали. В зависимости от массы жидкой стали в ковше снижение температуры стали при таком расходе аргона может происходить со скоростью 2,5-4,5 °С/мин (в технологии без продувки скорость охлаждения 0,5-1,0 °С/мин). При продувке тепло дополнительно расходуется на нагрев инертного газа и излучение активно перемешиваемыми поверхностями металла и шлака. Большая часть тепловых потерь связана с увеличением теплового излучения, поэтому используется такой простой и достаточно эффективный прием, как накрывание ковша крышкой при продувке. Этим одновременно достигается снижение степени окисления обнажающегося при продувке металла. Простым и надежным способом подачи газа является использование так называемого ложного стопора (рисунок 1). Продувочные устройства типа ложного стопора безопасны в эксплуатации, так как в схему футеровки ковша не нужно вносить никаких изменений, но они обладают малой стойкостью – в результате интенсивного движения металлогазовой взвеси вдоль стопора составляющие его огнеупоры быстро размываются.
Рисунок 1 – Фурма в виде ложного стопора для продувки металла в ковше
Большое распространение получил способ продувки через устанавливаемые в днище ковша пористые огнеупорные пробки: в тех случаях, когда продувку проводят одновременно через несколько пробок, эффективность воздействия инертного газа на металл существенно возрастает. Пористые огнеупорные пробки выдерживают несколько продувок. Наряду с высокой газопроницаемостью пористые пробки должны обладать огнеупорностью, достаточной для надежной работы при 1550-1650°С, а также термической и химической стойкостью к металлу и шлаку. Один из вариантов конструкции пробки показан на рисуноке 2. Использование пробок данной конструкции обеспечивает интенсивное перемешивание металла.
1 – пробка из гранул огнеупорного материала; 2- огнеупорны й корпус; 3 – пустотелый кирпич; 4 – огнеупорная фурма; 5 – стальная трубка Рисунок 2 – Конструкция устройства пробки для подачи аргона в металл
Распространение получил также метод продувки металла через пористое днище ковша (в зарубежной литературе такая технология обозначается SS (от англ. strong stirring – сильное перемешивание). Лучшим в эксплуатации оказалось днище из обычных огнеупоров с пористыми швами (рисунок 3). Стойкость подобного днища такова, что оно служит всю кампанию ковша и заменяется только при ремонте футеровки.
Рисунок 3 – Схема движения газометаллических потоков в ковше при продувке металла через пористые швы днища
На рисунке 4 приведена схема продувочной фурмы с газовой защитой. Через такую фурму можно вдувать также и порошки. Получают распространение и другие способы. Степень протекания всех перечисленных выше процессов зависит от продолжительности продувки и от ее интенсивности (т.е. в конечном счете от расхода инертного газа):
- продувка с расходом газа до 0,5 м3/т стали достаточна для усреднения химического состава и температуры металла;
- продувка с интенсивностью до 1,0м3/т влияет на удаление из металла неметаллических включений;
- для эффективной дегазации необходим расход инертного газа 2-3 м3/т металла.
Рисунок 4 – Схема продувочной фурмы с газовой защитой 1 – фурма; 2 – подвод газа на продувку; 3 – конус; 4 – подвод газа на струйную защиту; 5 – футеровка; 6 – крепление конуса; 7 – продувочное сопло
Во многих случаях продувку инертным газом проводят одновременно с обработкой металла вакуумом. В этом случае расход инертного газа может быть существенно уменьшен. Совмещение продувки инертным газом с обработкой шлаком способствует повышению эффективности использования шлаковых смесей, так как при интенсивном перемешивании при продувке увеличиваются продолжительность контакта и сама поверхность контакта металла со шлаком. Если при этом ковш, в котором осуществляется такая обработка, накрыт крышкой, то при условии создания атмосферы инертного газа в пространстве между крышкой и поверхностью шлака металл будет защищен от окисления, а снижение потерь тепла позволит увеличить время контакта металла с жидким шлаком. На этом принципе основана разработанная на одном из заводов Японии технология так называемого САВ-процесса. Как видно из рисунка 5, в данной технологии предусмотрено наличие на поверхности металла в ковше синтетического шлака заданного состава. В тех случаях, когда из плавильного агрегата в ковш попадает окисленный конечный шлак, применим метод, названный в Японии SАВ-процессом (рисунок 6).
Рисунок 5 – Схема САВ-процесса 1 -ковш с металлом; 2-крышка ковша; 3- устройство для загрузки ферросплавов; 4 – отверстие для отбора проб; 5 – синтетический шлак; 6-шиберный затвор; 7- пористая пробка для введения аргона Рисунок 6 – Схема SАВ-процесса 1 – ковш с металлом; 2- погружной огнеупорный колпак; 3- отверстие для подачи материалов; 4 – синтетический шлак; 5 – окислительный шлак; 6- шиберный затвор; 7- пористая пробка для введения аргона
Введение в металл добавок в нейтральной атмосфере и хорошее их усвоение при перемешивании металла инертным газом обеспечивается при несколько усложненном способе защиты зоны продувки -это так называемый САS-процесс. По этому способу в ковш сверху вводят огнеупорный колпак, закрытый снизу расплавляющимся металлическим конусом таким образом, чтобы внутрь этого колпака не попал шлак. Через колпак вводят ферросплавы, снизу в ковш подают аргон для продувки. Этот метод позволяет достичь высокой степени усвоения элементов, вводимых с добавками в металл (рисунок 7).
Рисунок 7 – Схема САS-процесс 1 – ковш с металлом; 2 – погружной колпак из высокоглиноземистых огнеупоров; 3 – отверстие для отбора проб; 4- люк для введения ферросплавов; 5 – расплавляющийся конус из листовой стали, препятствующий попаданию шлака при опускании колпака в металл; 6 – пористая пробка для введения аргона
На рисунке 8 представлена схема САS-установки усложненной конструкции, смонтированной в конвертерном цехе завода фирмы Wheeling Pittsburg Steel (США). На этой установке предусмотрена возможность подогрева стали за счет теплоты реакции окисления кислородом вводимого в металл алюминия. Установка названа САS-ОВ.
Рисунок 8 – Схема установки САS-ОВ 1 – фурма для продувки кислородом с нагревом стали; 2 – желоб для подачи легирующих; 3 – дымоход; 4 – фурма для вдувания порошков; 5 – устройство для подъема колпака; 6- струя кислорода; 7 – колпак; 8- перемешивающий газ; 9- пористая пробка
В тех случаях, когда необходимо перемешивать металл в ковше под шлаком длительное время, в крышку ковша опускают электроды и подогревают ванну. При этом исключается использование обычного шамота в качестве огнеупорного материала ковша, так как продолжительный контакт жидкоподвижного высокоосновного шлака с шамотной футеровкой, состоящей из кремнезема и глинозема, приведет к быстрому выходу футеровкииз строя. Ковш футеруют основными высокоогнеупорными материалами.
Сочетание продувки инертным газом с заменой футеровки ковша позволяет добиться заметного снижения загрязнения металла кислородом. Если при обычной технологии для раскисленной алюминием стали произведение [Аl]2 · [О]3 достигает значения 10-8-10-9, то при использовании ковшей с основной футеровкой при продувке аргоном оно составляет ~10-11.
На рисунке 9 отражена эволюция методов продувки металла инертным газом.
Рисунок 9 – Совершенствование конструкции сталеразливочных ковшей и методов продувки металла инертным газом а – ковш , снабженный затвором шиберного типа; б- продувка газа через днище; в – подача газа снизу через стенку ковша; г – продувка через ложный стопор; д – продувка металла в ковше, накрытом крышкой; е – интенсивная продувка через ряд фурм или пористое днище; ж – продувка снизу в ковше с крышкой, через которую вводят добавки; з – продувка в ковше под вакуумом
Источник
XXII. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ИНЕРТНЫМ ГАЗОМ
22.1. Перед пуском и после остановки электролизные установки должны продуваться азотом. Водородные компрессоры, аппараты и трубопроводы, содержащие при проведении технологического режима водород, после остановки и перед пуском также продуваются азотом, если они в период остановки не находились под избыточным давлением водорода. Окончание продувки регламентируется и определяется анализом: в продуваемом газе водород должен отсутствовать.
22.2. Для продувки оборудования и водородопроводов, а также для нужд локального пожаротушения производство электролитического водорода должно быть обеспечено инертным газом, преимущественно азотом.
22.3. Источниками питания инертным газом могут служить централизованная азотная система, газификаторы азота или отдельная установка по получению азота необходимого качества. В этих случаях должны быть предусмотрены отдельные стационарные ресиверы для азота. Допускается применение одного ресивера на продувку и пожаротушение, если объем заполнения ресивера рассчитан и на продувку и на пожаротушение.
22.4. Для производств на базе электролизных установок до 120 м3/ч по водороду при нормальных условиях на продувку и пожаротушение допускается использовать азот от баллонной рампы, чистотой не ниже 99,0%, при этом периодически необходимо проводить его анализ в соответствии с технологическим регламентом.
22.5. Общий объем инертного газа для нужд продувки должен быть не менее 4-кратного объема продуваемой водородной системы.
22.6. Общий объем инертного газа (в нормальных условиях) для пожаротушения взрывоопасных помещений должен быть не менее однократного свободного объема защищаемого помещения.
22.7. Продувка производится техническим азотом не ниже II сорта по государственному стандарту. В особых случаях допускается применение чистого аргона. В продувочном инертном газе механические и жировые загрязнения не допускаются.
22.8. Содержание кислорода в инертном газе не должно превышать 1%.
22.9. Во избежание возможного образования карбонатов, отрицательно влияющих на процесс электролиза, продувка аппаратов электролизерных установок, где обращается щелочной раствор, углекислым газом запрещается. Ресиверы водорода и кислорода могут продуваться как азотом, так и углекислым газом (сорт пищевой или технический).
22.10. Во всех случаях в помещениях, связанных с обращением водорода, а также на ресиверных площадках должна быть предусмотрена стационарная разводка трубопроводов инертного газа на продувку и пожаротушение.
22.11. Давление продувочного инертного газа не должно превышать давления в продуваемой системе.
22.12. На каждом вводе азотопровода в здание должны быть установлены обратный клапан, запорный вентиль, а на каждом ответвлении (на вводе в каждое помещение) должны быть установлены манометр и запорный вентиль.
Кроме установки обратного клапана на вводе в здание его следует устанавливать на каждом ответвлении к аппарату, если оно предназначено для поддержания в нем инертной среды (инертной газовой “подушки”). На ответвлениях газопроводов, подводящих инертный газ к системам и аппаратам, рассчитанным на давление ниже, чем в магистрали инертного газа, должны быть установлены автоматические редуцирующие устройства, предохранительные клапаны и манометры на стороне низкого давления.
22.13. Если давление продувочного инертного газа превышает давление всасывания 1-й ступени компрессорной установки, на линии подвода продувочного газа должны быть установлены следующие устройства (последовательно, считая по ходу продувочного газа): ручной запорный вентиль, редукционный клапан с ручным приводом, предохранительный клапан, обратный клапан, съемный участок газопровода и ручной запорный вентиль.
Если давление продувочного газа равно или меньше давления всасывания 1-й ступени компрессорной установки, установка ручного редукционного клапана и предохранительного клапана не требуется.
22.14. Инертный газ должен поступать на продувку в аппараты и трубопроводы через съемный участок трубопровода с установкой запорной арматуры с обеих сторон съемного участка.
После продувки съемный участок должен быть снят, а на арматуре со стороны водорода установлены заглушки, имеющие хвостовики. В отдельных обоснованных случаях допускается отсоединение трубопроводов путем закрытия двух последовательно расположенных вентилей и открытия между ними продувочного вентиля, соединенного с атмосферой.
22.15. Во избежание попадания пыли и инородных тел в компрессор на линии подачи инертного газа или воздуха должны быть установлены фильтры (сетки) или предусмотрены другие эффективные меры защиты.
Источник
Азотирование, осушка и продувка азотом, проводится на действующих и вновь строящихся трубопроводах. Азотирование (инертизация внутритрубного пространства), проводится для вытеснения атмосферного воздуха из полости трубопровода. Данная процедура является одним из этапов работ, которые проводятся на действующих магистральных трубопроводах, после проведения ремонтных и огневых работ. Эти же операции проводят на вновь возводимых участках и магистралях. Замещение воздуха (кислорода) в полости трубы на инертный газ (азот) позволяет исключить химическую реакцию и взрыв газопровода при пуске продуктового метана по трубе. Для обеспечения взрывобезопасности перед пуском природного газа, необходимо достичь остаточной концентрации кислорода в полости трубы (по объему) на более 2%.
Обычно работы по азотированию выполняются после очистки и осушения полости трубопровода от остатков влаги и загрязнений, после его ремонта, либо строительства. Осушение часто проводят, после проведения гидравлических испытаний на прочность. Перед процедурой осушения, с помощью азотной или воздушной компрессорной станции и специального разделительного поршня, производится вытеснение воды из трубопровода. Затем таким же образом, используя сжатый воздух по трубопроводу пропускают чистящие поршни-скребки для очистки полости от загрязнений. Вслед за скребками, таким же образом, через трубу пропускают поролоновые поршни для удаления влаги с их последующим взвешиванием, до тех пор, пока вода в капельном виде будет полностью удалена. После этой операции производится осушение внутренней полости трубопровода с использованием сухого воздуха, до достижения им точки росы не менее минус 20оС. На этом процесс осушения считается выполненным.
В последнее время, все более актуальным является метод осушения трубопровода сухим азотом с использованием все тех же азотных компрессорных станций СДА-10/251 или ТГА-10/251. Дело в том, что продуктовый азот на выходе станции уже является сухим и имеет точку росы в пределах минус 30-40оС. Поскольку следующий этап работ – азотирование, то при использовании данного метода получается существенная экономия времени и ресурсов на полный цикл работ. Стоимость 1 м3 азота, в настоящее время, существенно ниже стоимости других инертных газов. При работах на автономии, вдали от населенных пунктов и источников электроэнергии – это самый лучший способ выполнения работ по осушению трубопроводов и одновременному их азотированию.
Азотирование и осушение трубопроводов требует особой квалификации и строгого соблюдения правил и норм СТО Газпром 2-3.5-354-2009 с проведением обязательных контрольных замеров параметров инертной газовой смеси, которая подается в полость трубопровода.
Профессиональная команда «ЭкоТехнолоджиГрупп» имеет большой опыт оказания аналогичных услуг. Компрессорные станции СДА-10/251 и ТГА-10/251 позволяют получить концентрацию азота на выходе до 98%. Станции оснащены высокоточными встроенными газоанализаторами для контроля в реальном времени параметров инертного газа, который закачивается в трубопровод. Имеется также возможность регулировать концентрацию инертного газа и объем его выработки.
Источник
382. Объем, методы и периодичность технических освидетельствований сосудов (за исключением баллонов вместимостью до 100 л включительно, выпущенных до вступления в силу ТР ТС 032/2013), должны определяться в соответствии с указаниями изготовителя (разработчика проекта) в руководстве (инструкции) по эксплуатации.
Техническое освидетельствование баллонов, выпущенных до вступления в силу ТР ТС 032/2013, должны проводиться по методике, утвержденной разработчиком проекта конструкции баллонов, в которой указываются периодичность освидетельствования и нормы браковки.
В случае отсутствия таких указаний объем, методы и периодичность технических освидетельствований в пределах срока службы сосудов следует принимать в соответствии с приложением N 4 к настоящим ФНП.
383. Первичное, периодическое и внеочередное техническое освидетельствование сосудов, подлежащих учету в территориальном органе Ростехнадзора, проводят уполномоченная специализированная организация, а также лицо, ответственное за осуществление производственного контроля за эксплуатацией сосудов, работающих под давлением, совместно с ответственным за исправное состояние и безопасную эксплуатацию в сроки, установленные в руководстве (инструкции) по эксплуатации или в приложении N 4 к настоящим ФНП.
384. Первичное, периодическое и внеочередное техническое освидетельствование сосудов, не подлежащих учету в территориальном органе Ростехнадзора, проводит лицо, ответственное за осуществление производственного контроля за эксплуатацией сосудов, работающих под давлением, совместно с ответственным за исправное состояние и безопасную эксплуатацию в сроки, установленные в руководстве (инструкции) по эксплуатации или в приложении N 4 к настоящим ФНП.
385. Минимальный объем первичного технического освидетельствования сосудов включает:
а) проведение визуального и измерительного контроля с внутренней (при доступности) и наружной поверхностей сосуда;
б) контроль толщины стенок элементов сосудов, работающих под давлением коррозионно-агрессивных сред, если это установлено в руководстве (инструкции) по эксплуатации и (или) предусмотрено в проектной документации ОПО с учетом специфики технологического процесса, в котором используются сосуды;
в) проверку соответствия монтажа, обвязки трубопроводами, оснащения контрольно-измерительными приборами и предохранительными устройствами сосуда требованиям проектной и технической документации;
г) проведение гидравлических испытаний.
При техническом освидетельствовании сосудов допускается применение иных методов неразрушающего контроля, в том числе метод акустической эмиссии.
386. При первичном техническом освидетельствовании допускается не проводить осмотр внутренней поверхности и гидравлическое испытание сосуда, поставляемого в собранном виде, если это установлено в требованиях руководства (инструкции) по эксплуатации и не нарушены указанные в нем сроки и условия консервации.
387. Объем внеочередного технического освидетельствования определяется причинами, вызвавшими его проведение.
При проведении внеочередного освидетельствования в паспорте сосуда должна быть указана причина, вызвавшая необходимость в таком освидетельствовании.
388. Перед проведением осмотра (визуального и измерительного контроля) внутренней поверхности сосуда, иных работ внутри сосуда и его гидравлического испытания сосуд должен быть остановлен, охлажден (отогрет), освобожден от заполняющей его рабочей среды с проведением вентилирования (продувки) и нейтрализации, дегазации (при необходимости), отключен от источников питания и всех трубопроводов, соединяющих сосуд с источниками давления или другими сосудами и технологическим оборудованием.
Порядок проведения указанных работ в зависимости от свойств рабочей среды, конструкции сосуда, особенностей схемы его включения и технологического процесса и требований, указанных в настоящем разделе ФНП, должен быть установлен в производственной инструкции или в иной документации по безопасному ведению работ (технологический регламент, инструкция), утвержденной эксплуатирующей и (или) уполномоченной специализированной организацией, осуществляющей выполнение указанных работ.
389. Продувка сосуда, работающего под давлением воздуха или инертных газов, до начала выполнения работ внутри его корпуса осуществляется воздухом, продувка сосуда, работающего под давлением горючих газов, – инертным газом и (или) воздухом. Окончание продувки, в необходимых случаях с учетом свойств рабочей среды определяют по результатам анализа среды внутри сосуда после продувки.
Сосуды, работающие с токсичными веществами, до начала выполнения работ внутри, в том числе перед визуальным и измерительным контролем, должны подвергаться тщательной обработке (нейтрализации, дегазации).
390. Отключение сосуда от всех трубопроводов, соединяющих его с источниками давления или другими сосудами и технологическим оборудованием, осуществляют установкой заглушек в разъемных соединениях или путем их непосредственного отсоединения от подводящих и отводящих трубопроводов в местах разъемных соединений с установкой заглушек на фланцах трубопроводов.
391. Поверхности сосудов до начала осмотра должны быть очищены от отложений и грязи для проведения визуального и измерительного контроля.
По требованию лица, проводящего освидетельствование, футеровка, изоляция и другие виды защиты должны быть удалены, если имеются признаки, указывающие на возможное наличие дефектов, влияющих на безопасность использования сосуда (визуально видимые механические повреждения; деформация; нарушения целостности футеровки, изоляции и защитной оболочки корпуса; нарушение герметичности корпуса сосуда или его защитной оболочки по показаниям приборов). В случае, если конструкцией сосуда и (или) особенностью технологического процесса не предусмотрена возможность удаления изоляции и других защитных устройств корпуса с последующим восстановлением, то диагностирование возможного наличия дефектов в недоступных для осмотра местах со снятием защитного покрытия или иными методами должно осуществляться по методике и технологии разработчика проекта и (или) изготовителя сосуда, с привлечением при необходимости для выполнения работ специализированной организации и (или) организации – изготовителя сосуда.
При проведении внеочередного технического освидетельствования после ремонта с применением сварки и термической обработки для проведения осмотра и испытаний на прочность и плотность сосуда допускается снимать наружную изоляцию частично только в месте, подвергнутом ремонту.
392. Гидравлические испытания сосуда должны быть проведены в соответствии с утвержденными схемами и инструкциями по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов, разработанными в эксплуатирующей организации с учетом требований руководства (инструкции) по эксплуатации.
При проведении гидравлического испытания сосуда должны быть выполнены соответствующие требования подраздела “Гидравлическое (пневматическое) испытание” раздела III настоящих ФНП. Величину пробного давления определяют исходя из разрешенного давления для сосуда. Время выдержки сосуда под пробным давлением (если отсутствуют другие указания в руководстве по эксплуатации) должно быть не менее:
а) 10 мин. – при толщине стенки до 50 мм включительно;
б) 20 мин. – при толщине стенки свыше 50 до 100 мм включительно;
в) 30 мин. – при толщине стенки свыше 100 мм.
393. Гидравлические испытания сосудов должны быть проведены только при удовлетворительных результатах визуального и измерительного контроля внутренней и наружной поверхностей, предусмотренных руководством (инструкцией) по эксплуатации неразрушающего контроля и исследований.
394. При гидравлическом испытании вертикально установленных сосудов пробное давление должно контролироваться по манометру, установленному на верхней крышке (днище) сосуда, а в случае конструктивной невозможности такой установки манометра величина пробного давления должна определяться с учетом гидростатического давления воды в зависимости от уровня установки манометра.
395. В случаях, когда проведение гидравлического испытания невозможно (большие нагрузки от веса воды на фундамент, междуэтажные перекрытия или на сам сосуд; трудность удаления воды, наличие внутри сосуда футеровки), допускается заменять его пневматическим испытанием в соответствии с требованиями подраздела “Гидравлическое (пневматическое) испытание” раздела III настоящих ФНП.
396. Сосуды, работающие под давлением сред, отнесенных к 1-й группе согласно ТР ТС 032/2013, должны подвергаться испытанию на герметичность воздухом или инертным газом давлением, равным рабочему давлению. Испытания должны проводиться в соответствии с инструкцией, утвержденной эксплуатирующей организацией, до пуска в работу после окончания технического освидетельствования и иных работ, предусмотренных инструкцией.
Источник