硫酸装置焙烧炉风帽板烧穿事故分析与处理方法

硫酸装置焙烧炉风帽板烧穿事故分析与处理方法

王素华

铜陵有色金属集团工程技术分公司安徽铜陵244000

摘要：本文针对铜陵有色集团公司铜冠冶化分公司硫酸装置焙烧炉风帽板发生频繁烧穿的现象，介绍了该其事故背景，阐述了风帽板安装时存在的安全隐患，以及事故发生的原因，并分析了大修时针对该事故采取的整改措施，以及整改后取得的效果。

关键词：焙烧炉；风帽板；事故分析；处理

硫酸装置是当前最大的硫铁矿制酸装置之一，而焙烧炉是其中的关键设备，风帽板在其中起着重要的作用，如果在安装过程中，风帽板没有按设计图纸要求进行安装，会给焙烧炉的安全运行留下了不可逆转的安全隐患，同时也将给企业造成严重的损失。

一、风帽材料的性能

1、风帽材料的抗磨性。目前，我国采用的风帽材料(FM0)硬度远远低于FM1和FM5。这是由于FM0仅含有<1.25%的Cr，因而不能形成足够的碳化物来提高基体的硬度。而FM1含有足够的A1，使基体中产生大量的Fe3A1中间化合物，强化了基体硬度。FM5含碳量在共折点以下，基体组织为铁素体和珠光体，由于有较高的Cr含量，产生了许多弥散的碳化铬化合物，从而使基体有了较高的硬度。同时FM1和FM5材料能形成致密的和基体有良好结合力的保护性氧化膜，且具有较高的硬度。

2、抗高温氧化-硫化性能。由于FM0只含有少量的Cr，不能形成致密的Cr2O3膜，不足以阻挡阴、阳离子的外扩散，在SO2/O2气氛中，合金表面形成疏松多孔的Fe203，没有保护性。Fe2+离子迅速向外扩散，在合金表面的某区域首先形成FeS。疏松多孔的FeS一经形成，促使合金加速氧化破坏。

FM1材料，加入了适量的A1，在SO2/O2气氛中，首先形成致密的保护膜A12O3。随着试验时间的增加，基体中的Fe2+离子不断地通过A12O3。膜的显微裂纹扩散到基体表面而形成Fe203，以致最后A12O3膜全部为Fe203所覆盖。然而，A12O3不管是被Fe203覆盖前还是在覆盖后，始终起着阻挡作用，使Fe203在合金表面形成非常缓慢。

对FM5合金而言，其氧化-硫化的行为与FM1基本相似。由于加了适量的Cr元素，减少了碳的含量，从而进一步改善了它的抗高温氧化-硫化的性能。

二、事故背景

铜陵有色集团公司铜冠冶化分公司建设的年产80万吨硫铁矿制酸装置于2007年8月建成投产，硫酸装置的设计与焙烧炉现场制作均委托了硫酸行业，有着丰富经验的公司参与本公司的硫铁矿制酸装置设计与建设。

2010年2月出现焙烧炉底压力严重下降，导致无法维持生产，停炉检查发现焙烧炉出渣口附近风帽大面积烧毁，风帽板烧穿面积约0.16m2，烧穿处周边风帽板有较严重的变形。初步分析为风帽材质问题造成的损毁。采取的处理措施是修补此处的风帽板并更换备用风帽。

2011年10月又出现焙烧炉底压力下降，出现如2014年2月相同的现象，停车检查发现又是风帽及风帽板烧毁，继续修复风帽板并更换风帽做简单处理，降低生产负荷，以维持生产并准备大修理配件，并计划于2014年5月进行系统性的大修工作。

三、存在的安全隐患

2015年5月22日，公司安排对硫铁矿制酸装置进行大修。此次对焙烧炉风帽板及风帽进行仔细检查并对频繁出现的风帽和风帽板烧毁事故进行科学的分析，发现出现此类事故的真实原因并非风帽质量问题，而是焙烧炉在安装过程中未按设计图纸要求(如图1所示)进行安装施工，风帽板与支撑“H”型钢梁的相对位置如图2所示，给焙烧炉的安全运行留下了不可逆转的安全隐患。

1、风帽板在安装时，未按原设计图所示，将风帽板与支撑“H”型钢梁垂直安装，而是与“H”型钢梁平行安装，导致每块风帽板上的8只固定限位构件无法安装，风帽板的刚度大大降低，给以后的变形创造了条件。

2、每块风帽板按图是经相互间的螺栓连接形成整体，并经固定限位板与钢梁固定，但因安装时平行安装，限位板安装数量不够，制造商又将风帽板外圆与焙烧炉周边支撑板焊死，导致没有膨胀余量，也是造成风帽板损毁的原因之一。

四、事故原因分析

对频繁出现的风帽和风帽板烧毁事故进行科学的分析，其事故发生的原因如下。

1、因未按设计的风帽板拼板施工，风帽板与支撑“H”型钢梁呈平行安装，导致固定限位板无法如数安装，每块风帽板纵向长度过长，刚度下降，在正常操作条件下(17kPa)除去风帽板与风帽的重力，风帽板承受向上的推力约50t，风帽会在正常生产条件下发生变形，导致拼缝变形，破坏了拼缝上的耐火浇注料。在修复后投入运行过程中发生了拼缝漏风，燃烧过热，破坏的过程应是风帽板先烧毁，之后才是在局部过热量增大时，引发了风帽的损毁。

五、处理方法

1、原计划将风帽板恢复到设计时的布置，即风帽板与支撑“H”型钢呈垂直布置。但因风帽板周边与焙烧炉风帽板支撑环板焊死，无法施工，故只好对现行的风帽板进行加固。

2、根据风帽板烧毁的原因分析，主要是现行的安装方式造成其刚度不够，故重点考虑解决其刚度问题:①在风帽板下增加加强筋板，以提高每块风帽板的刚度，使风帽板在承受鼓风压力时不会变形，这样也就保证了风帽板拼缝不变形，杜绝了风帽板拼缝漏风造成过热烧毁；②增加风帽板与支撑“H”型钢梁间的固定限位板，将风帽板紧紧固定在钢梁上，也杜绝了因鼓风压力造成风帽板整体变形损坏拼缝。

3、对损毁部分的风帽板及风帽进行更换。

六、处理效果

2015年大修前，焙烧炉事故与一般设备事故不同，因其检修环境温度限制，每次停炉修复均需要较长的时间。三次停车处理共耗时近35d，且2015年3-4月为大修准备期，只能降低负荷维持生产，且每次恢复生产时的升温过程也消耗了大量能源，就此类事故的频繁发生给公司造成的损失惨重。

2015年6月15日开车至今，焙烧炉生产正常，未再出现类似风帽板或风帽烧毁事故，即在后来强化生产过程中，炉底压力增加到20kPa，甚至更高时也保证了焙烧炉的正常安全运行，月产量可达68000～72000t。且本次处理方案投入较少，只是修改了损毁的风帽板、增加板底加强筋和固定限位板及部分风帽，整改效果非常理想。

七、结语

焙烧炉是可显著降低烧结温度，大幅降低能耗的机器。它对保护环境，提高效率有很大的帮助，还可缩短时间。而风帽板是焙烧炉中重要的组成部分，在安装过程中，常因安装未按设计图纸要求进行安装及安装时平行安装，易造成风帽板的损毁。因此，在安装过程中，应根据风帽板烧毁的实际情况，采取有效的处理措施，从而避免风帽板烧毁现象的发生。

参考文献：

[1]林枫.硫酸装置焙烧炉风帽板烧穿事故分析与处理方法探讨[J].硫磷设计与粉体工程，2015（05）.