液氨鋼瓶在滲氮熱處理中的安全使用技術(shù)

宋春元

（鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005）

液氨鋼瓶在滲氮熱處理中的安全使用技術(shù)

宋春元

（鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224005）

介紹了滲氮熱處理原理與工藝流程，闡述了液氨的理化性質(zhì)，指出了滲氮熱處理過(guò)程中液氨鋼瓶區(qū)管理、輸送管道的選擇設(shè)計(jì)、液氨緩沖罐、滲氮車(chē)間、有毒氣體報(bào)警裝置選用、氨泄漏防中毒處理、消防安全等方面的安全要求。

滲氮熱處理；液氨；安全技術(shù)

1 滲氮熱處理原理與工藝流程

在機(jī)械制造行業(yè)，經(jīng)常對(duì)機(jī)械零件或設(shè)備采用熱處理工藝來(lái)改善提高性能，熱處理分為普通熱處理和表面熱處理，滲氮熱處理是表面熱處理的一種，滲氮又稱氮化，指使鋼鐵工件表層內(nèi)滲入氮原子的化學(xué)熱處理工藝，其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性。滲氮工藝是利用氨氣在加熱時(shí)分解出活性氮原子，被零件吸收后在其表面形成氮化層，同時(shí)向心部擴(kuò)散。

氨的分解反應(yīng)原理如下：

滲氮通常利用專門(mén)設(shè)備或井式滲氮爐來(lái)進(jìn)行。滲氮工藝廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造產(chǎn)品中的齒輪、凸輪、曲軸、工具、冷作模具、熱作模具等表面處理。

工藝流程：滲氮前的零件表面清洗置于滲氮爐中，滲氮爐加熱至150℃以前經(jīng)氮?dú)庵脫Q爐中空氣，鋼瓶中液氨經(jīng)減壓閥汽化到氨緩沖罐經(jīng)管道輸送到滲氮爐中，滲氮是其它合金元素與初生態(tài)的氮接觸而進(jìn)行（初生態(tài)氮的產(chǎn)生，由氨氣與加熱中的零件接觸時(shí)零件本身成為觸媒而促進(jìn)氨的分解），一般采用15%～30%的氨分解率，并按滲氮所需厚度保持4～10h，處理溫度保持在520℃左右，滲氮完成后冷卻。流程見(jiàn)圖1。

圖1 滲氮熱處理工藝流程

2 氨的理化性質(zhì)

常溫常壓下為無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味。20℃、891kPa下即可液化，并放出大量的熱。液氨在溫度變化時(shí)，體積變化的系數(shù)很大。溶于水、乙醇和乙醚。分子量為17.03，熔點(diǎn)-77.7℃，沸點(diǎn)-33.5℃，氣體密度0.770 8g/L，相對(duì)蒸氣密度（空氣＝1）0.59，相對(duì)密度（水＝1）0.7（-33℃），臨界壓力11.40MPa，臨界溫度132.5℃，飽和蒸氣壓1 013kPa（26℃），爆炸極限15%～30.2%（體積比），自燃溫度630℃，最大爆炸壓力0.580MPa。

急性毒性：LD50：350 mg/kg（大鼠經(jīng)口），LC50：1 390mg/m3，4h（大鼠吸入），急性氨中毒引起眼和呼吸道刺激癥狀，支氣管炎或支氣管周?chē)?，肺炎，重度中毒者可發(fā)生中毒性肺水腫。高濃度氨可引起反射性呼吸和心搏停止。可致眼和皮膚灼傷。PC-TWA（時(shí)間加權(quán)平均容許濃度）（mg/ m3）：20；PC-STEL（短時(shí)間接觸容許濃度）（mg/m3）：30。極易燃，能與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高熱引起燃燒爆炸。

3 氨的安全使用

3.1 液氨鋼瓶區(qū)管理

液氨鋼瓶?jī)?chǔ)存：儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的專用庫(kù)房。應(yīng)在工廠全年最小頻率風(fēng)向的上方位，遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)房溫度不宜超過(guò)30℃。與氧化劑、酸類(lèi)、鹵素、食用化學(xué)品分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)罐遠(yuǎn)離火種、熱源。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備和工具。儲(chǔ)存區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。儲(chǔ)存超過(guò)10t構(gòu)成重大危險(xiǎn)源，必須按照重大危險(xiǎn)源管理。

液氨鋼瓶工作區(qū)：①液氨氣瓶應(yīng)放置在距滲氮處理車(chē)間至少10m以外的地方，并且通風(fēng)良好。②注意防雷、防靜電，廠（車(chē)間）內(nèi)的氨氣儲(chǔ)罐應(yīng)按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057）的規(guī)定設(shè)置防雷、防靜電設(shè)施。③鋼瓶四周和上方設(shè)置霧狀水噴淋設(shè)施，設(shè)置接受池接受氨水。④設(shè)置有毒氣體報(bào)警裝置。

3.2 輸送管道的選擇

氨氣輸送管道應(yīng)運(yùn)用無(wú)縫鋼管，不允許用塑料管道，塑料管道易脆化泄漏，塑料管道產(chǎn)生靜電的量超過(guò)金屬管道的8倍，鋼管法蘭之間靜電跨接，鋼管靜電接地，接地電阻不大于10Ω，禁止用銅芯閥門(mén)。管道直徑根據(jù)流量和流速按照以下公式計(jì)算：Q=UA，A=0.785πd2，并且Ud≤64。DN≥50mm時(shí)按照壓力管道要求管理。

3.3 液氨緩沖罐安全

液氨緩沖罐應(yīng)設(shè)置安全閥、壓力表、溫度計(jì)，并應(yīng)裝有帶壓力、溫度遠(yuǎn)傳記錄和報(bào)警功能的安全裝置。液氨緩沖罐壓力高時(shí)需和設(shè)置的緊急切斷鋼瓶出口閥裝置聯(lián)鎖，超壓安全閥起跳，氨氣釋放到盛水的接受罐進(jìn)行吸收聯(lián)鎖。

液氨緩沖罐、壓力管道安裝、改造、維修使用、檢驗(yàn)檢測(cè)及其監(jiān)督檢查等必須符合《特種設(shè)備安全法》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等相關(guān)規(guī)定要求。

3.4 滲氮車(chē)間安全

滲氮車(chē)間滲氮爐上方1m處應(yīng)設(shè)置有毒氣體報(bào)警探頭，車(chē)間電氣照明、開(kāi)關(guān)、排風(fēng)裝置應(yīng)為防爆型電器。

3.5 有毒氣體報(bào)警裝置選用

在鋼瓶區(qū)、管道閥門(mén)、滲氮爐上方安裝有毒氣體報(bào)警裝置，氨氣既可燃又有毒，根據(jù)《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50493—2009）要求，設(shè)置有毒氣體報(bào)警裝置。氨氣的PC-STEL（短時(shí)間接觸容許濃度）為30mg/m3，可選用檢測(cè)范圍：0～100×10-6；最大電流：30mA 輸出信號(hào)：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出 連接電纜：兩芯屏蔽電纜 工作溫度：-10～60℃環(huán)境濕度：10%～95%RH（非冷凝）檢測(cè)精度：±5% 零 漂 移：＜0.5%F.S./月；反應(yīng)時(shí)間：＜30s；防爆等級(jí)：Ex d IIC T6；防護(hù)等級(jí)：IP66；工作電源：24V。

3.6 氨泄漏防中毒處理

吸入應(yīng)迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢。如呼吸困難，則給氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。皮膚接觸應(yīng)立即脫去污染的衣著，應(yīng)用2%硼酸液或大量清水徹底沖洗。眼睛接觸應(yīng)立即提起眼瞼，用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15min。及時(shí)就醫(yī)。

3.7 消防安全

消防人員必須穿全身防火防毒服，在上風(fēng)向滅火。切斷氣源。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器，盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。滅火劑采用霧狀水、抗溶性泡沫、二氧化碳、砂土。

4 結(jié)束語(yǔ)

在滲氮處理中要注意?；芬喊钡陌踩褂?，嚴(yán)格按照液氨安全操作規(guī)程作業(yè)，加強(qiáng)員工的安全意識(shí)，做好液氨安全“三同時(shí)”管理，強(qiáng)化紅線意識(shí)，和周邊保持安全間距，保障人民群眾的生命安全。

[1] GB50493—2009石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50016—20014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

表6 高壓鍋爐給水泵修復(fù)后主要工藝數(shù)據(jù)記錄表

8 結(jié)束語(yǔ)

為了避免高壓鍋爐給水泵在裝置運(yùn)行過(guò)程中再次出現(xiàn)平衡腔壓力高，一方面在爐給水泵泵蓋加工過(guò)程中應(yīng)提高爐給水泵泵蓋內(nèi)腔直徑加工精度，在平衡套安裝過(guò)程中嚴(yán)格控制其安裝間隙，提高密封面的加工精度以及減小偏心是保證O形密封圈具有可靠的密封性和壽命的重要因素。同時(shí)避免平衡套與泵蓋間隙過(guò)大造成O形密封圈壓縮量不夠無(wú)法完全密封。另一方面應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理，特別在系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，應(yīng)保持泵內(nèi)水溫，避免O形密封圈由于溫度的急劇降低而減小或完全喪失回彈性能，延長(zhǎng)O形密封圈使用壽命。特別在運(yùn)行一段時(shí)間后長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)系統(tǒng)，應(yīng)盡量更換O形密封圈，或者選擇抗溫差變化能力強(qiáng)的O形密封圈

參考文獻(xiàn)

[1] 董定元.金屬管焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2] 沈松泉，黃振仁，顧竟成.壓力管道安全技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000.

[3] 李亞江.焊接材料的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

Safe Use of Liquid Ammonia Cylinder in Nitriding Heat Treatment

Song Chun-yuan

The principle and technological process of nitriding heat treatment are introduced.The physical and chemical properties of liquid ammonia are introduced.The management of liquid ammonia cylinder in the process of nitriding heat treatment，the choice of pipeline design，liquid ammonia buffer tank，nitriding workshop，Alarm device selection，ammonia leakage prevention of poisoning，fire safety and other aspects of safety requirements.

nitriding heat treatment；liquid ammonia；safety technology

TG151

A

1003–6490（2016）09–0030–02

2016–08–29

宋春元（1967—），男，江蘇鹽城人，副教授，主要從事化工教學(xué)工作。