连退高氢快冷应用中氢气的安全控制研究

赵渭良+赵晓东+刘世伟+刘增伦

【摘 要】 本文简述了邯钢连退线高氢快冷功能和设备，重点阐述了高氢在硬件和软件两方面的安全控制方法及异常处理，同时介绍了炉内各区域氢气含量控制方法即如何解决炉内氢气含量分布不均衡等问题。

【关键词】 高氢快冷  双层膨胀节  气密性测试

1 引言

随着科技的发展，高强钢在人们日常生活中的应用日趋广泛，尤其在汽车和家电行业，高强钢的比例越来越大。目前高强钢生产主要通过两种途径来实现：一种是化学途径，即通过添加合金元素;另外一种是物理途径，即提高冷却速率。邯钢邯宝连退机组退火炉采用高氢保护气体喷射冷却技术，即在快冷段通过独立的氢气注入管道来提高快冷段的氢气含量（最高达20%），此提高带钢的冷却速率;同时运用快冷段风箱移动技术，减少风箱与带钢间距来增大气体喷射压力以增加气体流速，进一步提高带钢的冷却速率，以满足高强钢生产需求。氢气的爆炸极限为4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特点，采用高含量氢气作为冷却介质的高氢喷射冷却系统，必须具备非常好的密封性和可靠的安全监测仪表，同时具备一些安全连锁条件的建立及意外情况的处理。

2 邯钢连退线快冷段工艺设备简介

邯钢邯宝连退机组采用立式退火炉，在辐射加热后采用高氢喷射冷却的方式对带钢进行快速冷却。其快冷段从上往下被划分为3个区域，每一个区域均有独立的注入管道来向该区域注入纯氢气来提高保护气中的氢气含量，以此提高带钢冷却速率。每一个区域由一对风箱，为了进一步提高带钢的冷却速率，风箱设计为可移动结构，风箱与带钢间距可在40～110mm间进行调节。为了保证带钢宽度风箱上温度的均匀性，风箱在带钢宽度方向上被划分为五个区域，由边部挡板来控制各个区域的流量。各个区域之间配备有一对导辊，减少高强钢生产过程中带钢的抖动，避免带钢与风箱喷嘴接触产生划伤。快冷段出口有扫描高温计和辐射高温计，检测快冷段出口带钢温度分布情况，实现带钢温度的闭环反馈控制。

3 高氢氢气注入的安全硬件设施

3.1 双层膨胀节结构

邯钢2080连退炉快冷段循环管道通过膨胀节与炉壳连接的，这样的设计才能满足移动风箱动作需求。采用双层膨胀节结构，膨胀节分为内、外两层，中间填充N2来保证管道内H2不向外泄露。在生产中，控制系统实时监视膨胀节氮气的注入量和膨胀节压力，一旦出现膨胀节压力低或者氮气注入流量偏高的时候，立即停止高氢注入时序，避免氢气泄露发生意外事故。为保障双层膨胀节密封性，必须对双层膨胀节进行保压测试。在保压测试前对每一个膨胀节的紧固螺栓进行检查，保证连接紧密型。之后对膨胀节进行打压，利用肥皂水对膨胀节进行保压测试，直到满足设计要求。快冷段膨胀节保压测试中安全范围内泄露量如表1所示：

3.2 泄露监测设备

为了监测氢气泄露情况，在氢气注入管道旁边安装有固定式氢气报警器，一旦氢气管道泄露量超过30ppm，固定式氢气报警器就会发出声光报警信号，告知附近工作人员存在危险，同时固定式报警器将此报警信息送到出口操作室内的监控柜上，产生蜂鸣声，告知操作人员出现氢气泄露。操作人员接到报警信息后，立即启动氢气泄露紧急处理方案进行处理。利用标准样气对其检验，保证其功能完好。

4 高氢氢气注入的安全软件保障

在控制系统中，为了保障高氢功能在一个绝对安全的环境中进行，主要从以下几个方面着手：

首先确保现场所有安全保障设备必须处于正常工作状态，如测报仪柜CEX工作正常，炉内氛围分析仪及快冷段氛围分析仪数值正常等，才能够使能高氢注入。其次每一次启动高氢注入时序之前，要检查整个快冷段氢气注入管道的气密性。即在氢气管道中注入N2，逐段做保压试验，只有保压试验达到规定要求。才可以顺利启动高氢注入时序。该措施可以确保氢气注入之前，氢气注入管道的安全性，提高安全系数。高氢注入时序前安全连锁条件内容涵盖氢气注入系统中设备的可靠性检查、注入管道的气密性检查、事故氮气吹扫管路设备可靠性监测、炉内各段的炉内氛围分析、快冷段炉内氛围分析、循环管道膨胀节压力及流量监测、炉内各段压力监测以及加热段和实效段的温度监测。一旦某一个连锁条件不满足，时序是不允许启动的。最后，一旦氢气注入时序停止，就会启动快冷段循环管道的N2吹扫功能，吹扫时间根据快冷段内氢气含量的不同而不同。

5 炉内各区域氢气含量控制

快冷段注入高氢以后，为了保证安全，需要对炉内各区域的氢气含量进行控制，尤其是低温段（预热段和终冷段），其最高氢气含量不得超过5%。在控制程序中，新增高氢模式下炉内各段氢气含量设定高限报警值和高高限报警值，并在时序里面做连锁控制，当任何一个采样点触发高高限报警值的时候，高氢时序自动停止。

6 结语

高氢功能对高强钢开发及稳定生产具有关键作用，同时也对连退线的整体节能具有积极意义。高氢氢气的安全控制就成为了高氢功能投用的重中之中，通过从硬件方面如双层膨胀节保压密封测试，软件方面如氢气注入前安全联锁条件检测和氢气注入时急停后氮气吹扫方案，同时对炉内各区域的氢气含量进行控制，保障了高氢使用时氢气使用的安全性。

参考文献：

[1]张富.邯钢2080连退线高氢注入功能开发及应用[J].金属世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint

【摘 要】 本文简述了邯钢连退线高氢快冷功能和设备，重点阐述了高氢在硬件和软件两方面的安全控制方法及异常处理，同时介绍了炉内各区域氢气含量控制方法即如何解决炉内氢气含量分布不均衡等问题。

【关键词】 高氢快冷  双层膨胀节  气密性测试

1 引言

随着科技的发展，高强钢在人们日常生活中的应用日趋广泛，尤其在汽车和家电行业，高强钢的比例越来越大。目前高强钢生产主要通过两种途径来实现：一种是化学途径，即通过添加合金元素;另外一种是物理途径，即提高冷却速率。邯钢邯宝连退机组退火炉采用高氢保护气体喷射冷却技术，即在快冷段通过独立的氢气注入管道来提高快冷段的氢气含量（最高达20%），此提高带钢的冷却速率;同时运用快冷段风箱移动技术，减少风箱与带钢间距来增大气体喷射压力以增加气体流速，进一步提高带钢的冷却速率，以满足高强钢生产需求。氢气的爆炸极限为4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特点，采用高含量氢气作为冷却介质的高氢喷射冷却系统，必须具备非常好的密封性和可靠的安全监测仪表，同时具备一些安全连锁条件的建立及意外情况的处理。

2 邯钢连退线快冷段工艺设备简介

邯钢邯宝连退机组采用立式退火炉，在辐射加热后采用高氢喷射冷却的方式对带钢进行快速冷却。其快冷段从上往下被划分为3个区域，每一个区域均有独立的注入管道来向该区域注入纯氢气来提高保护气中的氢气含量，以此提高带钢冷却速率。每一个区域由一对风箱，为了进一步提高带钢的冷却速率，风箱设计为可移动结构，风箱与带钢间距可在40～110mm间进行调节。为了保证带钢宽度风箱上温度的均匀性，风箱在带钢宽度方向上被划分为五个区域，由边部挡板来控制各个区域的流量。各个区域之间配备有一对导辊，减少高强钢生产过程中带钢的抖动，避免带钢与风箱喷嘴接触产生划伤。快冷段出口有扫描高温计和辐射高温计，检测快冷段出口带钢温度分布情况，实现带钢温度的闭环反馈控制。

3 高氢氢气注入的安全硬件设施

3.1 双层膨胀节结构

邯钢2080连退炉快冷段循环管道通过膨胀节与炉壳连接的，这样的设计才能满足移动风箱动作需求。采用双层膨胀节结构，膨胀节分为内、外两层，中间填充N2来保证管道内H2不向外泄露。在生产中，控制系统实时监视膨胀节氮气的注入量和膨胀节压力，一旦出现膨胀节压力低或者氮气注入流量偏高的时候，立即停止高氢注入时序，避免氢气泄露发生意外事故。为保障双层膨胀节密封性，必须对双层膨胀节进行保压测试。在保压测试前对每一个膨胀节的紧固螺栓进行检查，保证连接紧密型。之后对膨胀节进行打压，利用肥皂水对膨胀节进行保压测试，直到满足设计要求。快冷段膨胀节保压测试中安全范围内泄露量如表1所示：

3.2 泄露监测设备

为了监测氢气泄露情况，在氢气注入管道旁边安装有固定式氢气报警器，一旦氢气管道泄露量超过30ppm，固定式氢气报警器就会发出声光报警信号，告知附近工作人员存在危险，同时固定式报警器将此报警信息送到出口操作室内的监控柜上，产生蜂鸣声，告知操作人员出现氢气泄露。操作人员接到报警信息后，立即启动氢气泄露紧急处理方案进行处理。利用标准样气对其检验，保证其功能完好。

4 高氢氢气注入的安全软件保障

在控制系统中，为了保障高氢功能在一个绝对安全的环境中进行，主要从以下几个方面着手：

首先确保现场所有安全保障设备必须处于正常工作状态，如测报仪柜CEX工作正常，炉内氛围分析仪及快冷段氛围分析仪数值正常等，才能够使能高氢注入。其次每一次启动高氢注入时序之前，要检查整个快冷段氢气注入管道的气密性。即在氢气管道中注入N2，逐段做保压试验，只有保压试验达到规定要求。才可以顺利启动高氢注入时序。该措施可以确保氢气注入之前，氢气注入管道的安全性，提高安全系数。高氢注入时序前安全连锁条件内容涵盖氢气注入系统中设备的可靠性检查、注入管道的气密性检查、事故氮气吹扫管路设备可靠性监测、炉内各段的炉内氛围分析、快冷段炉内氛围分析、循环管道膨胀节压力及流量监测、炉内各段压力监测以及加热段和实效段的温度监测。一旦某一个连锁条件不满足，时序是不允许启动的。最后，一旦氢气注入时序停止，就会启动快冷段循环管道的N2吹扫功能，吹扫时间根据快冷段内氢气含量的不同而不同。

5 炉内各区域氢气含量控制

快冷段注入高氢以后，为了保证安全，需要对炉内各区域的氢气含量进行控制，尤其是低温段（预热段和终冷段），其最高氢气含量不得超过5%。在控制程序中，新增高氢模式下炉内各段氢气含量设定高限报警值和高高限报警值，并在时序里面做连锁控制，当任何一个采样点触发高高限报警值的时候，高氢时序自动停止。

6 结语

高氢功能对高强钢开发及稳定生产具有关键作用，同时也对连退线的整体节能具有积极意义。高氢氢气的安全控制就成为了高氢功能投用的重中之中，通过从硬件方面如双层膨胀节保压密封测试，软件方面如氢气注入前安全联锁条件检测和氢气注入时急停后氮气吹扫方案，同时对炉内各区域的氢气含量进行控制，保障了高氢使用时氢气使用的安全性。

参考文献：

[1]张富.邯钢2080连退线高氢注入功能开发及应用[J].金属世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint

【摘 要】 本文简述了邯钢连退线高氢快冷功能和设备，重点阐述了高氢在硬件和软件两方面的安全控制方法及异常处理，同时介绍了炉内各区域氢气含量控制方法即如何解决炉内氢气含量分布不均衡等问题。

【关键词】 高氢快冷  双层膨胀节  气密性测试

1 引言

随着科技的发展，高强钢在人们日常生活中的应用日趋广泛，尤其在汽车和家电行业，高强钢的比例越来越大。目前高强钢生产主要通过两种途径来实现：一种是化学途径，即通过添加合金元素;另外一种是物理途径，即提高冷却速率。邯钢邯宝连退机组退火炉采用高氢保护气体喷射冷却技术，即在快冷段通过独立的氢气注入管道来提高快冷段的氢气含量（最高达20%），此提高带钢的冷却速率;同时运用快冷段风箱移动技术，减少风箱与带钢间距来增大气体喷射压力以增加气体流速，进一步提高带钢的冷却速率，以满足高强钢生产需求。氢气的爆炸极限为4%～75.6%，具有易燃、易爆和易泄露特点，采用高含量氢气作为冷却介质的高氢喷射冷却系统，必须具备非常好的密封性和可靠的安全监测仪表，同时具备一些安全连锁条件的建立及意外情况的处理。

2 邯钢连退线快冷段工艺设备简介

邯钢邯宝连退机组采用立式退火炉，在辐射加热后采用高氢喷射冷却的方式对带钢进行快速冷却。其快冷段从上往下被划分为3个区域，每一个区域均有独立的注入管道来向该区域注入纯氢气来提高保护气中的氢气含量，以此提高带钢冷却速率。每一个区域由一对风箱，为了进一步提高带钢的冷却速率，风箱设计为可移动结构，风箱与带钢间距可在40～110mm间进行调节。为了保证带钢宽度风箱上温度的均匀性，风箱在带钢宽度方向上被划分为五个区域，由边部挡板来控制各个区域的流量。各个区域之间配备有一对导辊，减少高强钢生产过程中带钢的抖动，避免带钢与风箱喷嘴接触产生划伤。快冷段出口有扫描高温计和辐射高温计，检测快冷段出口带钢温度分布情况，实现带钢温度的闭环反馈控制。

3 高氢氢气注入的安全硬件设施

3.1 双层膨胀节结构

邯钢2080连退炉快冷段循环管道通过膨胀节与炉壳连接的，这样的设计才能满足移动风箱动作需求。采用双层膨胀节结构，膨胀节分为内、外两层，中间填充N2来保证管道内H2不向外泄露。在生产中，控制系统实时监视膨胀节氮气的注入量和膨胀节压力，一旦出现膨胀节压力低或者氮气注入流量偏高的时候，立即停止高氢注入时序，避免氢气泄露发生意外事故。为保障双层膨胀节密封性，必须对双层膨胀节进行保压测试。在保压测试前对每一个膨胀节的紧固螺栓进行检查，保证连接紧密型。之后对膨胀节进行打压，利用肥皂水对膨胀节进行保压测试，直到满足设计要求。快冷段膨胀节保压测试中安全范围内泄露量如表1所示：

3.2 泄露监测设备

为了监测氢气泄露情况，在氢气注入管道旁边安装有固定式氢气报警器，一旦氢气管道泄露量超过30ppm，固定式氢气报警器就会发出声光报警信号，告知附近工作人员存在危险，同时固定式报警器将此报警信息送到出口操作室内的监控柜上，产生蜂鸣声，告知操作人员出现氢气泄露。操作人员接到报警信息后，立即启动氢气泄露紧急处理方案进行处理。利用标准样气对其检验，保证其功能完好。

4 高氢氢气注入的安全软件保障

在控制系统中，为了保障高氢功能在一个绝对安全的环境中进行，主要从以下几个方面着手：

首先确保现场所有安全保障设备必须处于正常工作状态，如测报仪柜CEX工作正常，炉内氛围分析仪及快冷段氛围分析仪数值正常等，才能够使能高氢注入。其次每一次启动高氢注入时序之前，要检查整个快冷段氢气注入管道的气密性。即在氢气管道中注入N2，逐段做保压试验，只有保压试验达到规定要求。才可以顺利启动高氢注入时序。该措施可以确保氢气注入之前，氢气注入管道的安全性，提高安全系数。高氢注入时序前安全连锁条件内容涵盖氢气注入系统中设备的可靠性检查、注入管道的气密性检查、事故氮气吹扫管路设备可靠性监测、炉内各段的炉内氛围分析、快冷段炉内氛围分析、循环管道膨胀节压力及流量监测、炉内各段压力监测以及加热段和实效段的温度监测。一旦某一个连锁条件不满足，时序是不允许启动的。最后，一旦氢气注入时序停止，就会启动快冷段循环管道的N2吹扫功能，吹扫时间根据快冷段内氢气含量的不同而不同。

5 炉内各区域氢气含量控制

快冷段注入高氢以后，为了保证安全，需要对炉内各区域的氢气含量进行控制，尤其是低温段（预热段和终冷段），其最高氢气含量不得超过5%。在控制程序中，新增高氢模式下炉内各段氢气含量设定高限报警值和高高限报警值，并在时序里面做连锁控制，当任何一个采样点触发高高限报警值的时候，高氢时序自动停止。

6 结语

高氢功能对高强钢开发及稳定生产具有关键作用，同时也对连退线的整体节能具有积极意义。高氢氢气的安全控制就成为了高氢功能投用的重中之中，通过从硬件方面如双层膨胀节保压密封测试，软件方面如氢气注入前安全联锁条件检测和氢气注入时急停后氮气吹扫方案，同时对炉内各区域的氢气含量进行控制，保障了高氢使用时氢气使用的安全性。

参考文献：

[1]张富.邯钢2080连退线高氢注入功能开发及应用[J].金属世界，2013.

[2]Functional description.DREVER，2009.endprint