液氨鋼瓶在滲氮熱處理中的安全使用技術

宋春元

（鹽城工業職業技術學院，江蘇鹽城 224005）

液氨鋼瓶在滲氮熱處理中的安全使用技術

宋春元

（鹽城工業職業技術學院，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，指出了滲氮熱處理過程中液氨鋼瓶區管理、輸送管道的選擇設計、液氨緩沖罐、滲氮車間、有毒氣體報警裝置選用、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

1 滲氮熱處理原理與工藝流程

在機械制造行業，經常對機械零件或設備采用熱處理工藝來改善提高性能，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滲入氮原子的化學熱處理工藝，其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強度和耐腐蝕性。滲氮工藝是利用氨氣在加熱時分解出活性氮原子，被零件吸收后在其表面形成氮化層，同時向心部擴散。

氨的分解反應原理如下：

滲氮通常利用專門設備或井式滲氮爐來進行。滲氮工藝廣泛應用于機械制造產品中的齒輪、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℃以前經氮氣置換爐中空氣，鋼瓶中液氨經減壓閥汽化到氨緩沖罐經管道輸送到滲氮爐中，滲氮是其它合金元素與初生態的氮接觸而進行（初生態氮的產生，由氨氣與加熱中的零件接觸時零件本身成為觸媒而促進氨的分解），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。流程見圖1。

圖1 滲氮熱處理工藝流程

2 氨的理化性質

常溫常壓下為無色氣體，有強烈的刺激性氣味。20℃、891kPa下即可液化，并放出大量的熱。液氨在溫度變化時，體積變化的系數很大。溶于水、乙醇和乙醚。分子量為17.03，熔點-77.7℃，沸點-33.5℃，氣體密度0.770 8g/L，相對蒸氣密度（空氣＝1）0.59，相對密度（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圍炎，肺炎，重度中毒者可發生中毒性肺水腫。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（時間加權平均容許濃度）（mg/ m3）：20；PC-STEL（短時間接觸容許濃度）（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 液氨鋼瓶區管理

液氨鋼瓶儲存：儲存于陰涼、通風的專用庫房。應在工廠全年最小頻率風向的上方位，遠離火種、熱源。庫房溫度不宜超過30℃。與氧化劑、酸類、鹵素、食用化學品分開存放，切忌混儲。儲罐遠離火種、熱源。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲存區應備有泄漏應急處理設備。儲存超過10t構成重大危險源，必須按照重大危險源管理。

液氨鋼瓶工作區：①液氨氣瓶應放置在距滲氮處理車間至少10m以外的地方，并且通風良好。②注意防雷、防靜電，廠（車間）內的氨氣儲罐應按《建筑物防雷設計規范》（GB 50057）的規定設置防雷、防靜電設施。③鋼瓶四周和上方設置霧狀水噴淋設施，設置接受池接受氨水。④設置有毒氣體報警裝置。

3.2 輸送管道的選擇

氨氣輸送管道應運用無縫鋼管，不允許用塑料管道，塑料管道易脆化泄漏，塑料管道產生靜電的量超過金屬管道的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。管道直徑根據流量和流速按照以下公式計算：Q=UA，A=0.785πd2，并且Ud≤64。DN≥50mm時按照壓力管道要求管理。

3.3 液氨緩沖罐安全

液氨緩沖罐應設置安全閥、壓力表、溫度計，并應裝有帶壓力、溫度遠傳記錄和報警功能的安全裝置。液氨緩沖罐壓力高時需和設置的緊急切斷鋼瓶出口閥裝置聯鎖，超壓安全閥起跳，氨氣釋放到盛水的接受罐進行吸收聯鎖。

液氨緩沖罐、壓力管道安裝、改造、維修使用、檢驗檢測及其監督檢查等必須符合《特種設備安全法》、《壓力容器安全技術監察規程》等相關規定要求。

3.4 滲氮車間安全

滲氮車間滲氮爐上方1m處應設置有毒氣體報警探頭，車間電氣照明、開關、排風裝置應為防爆型電器。

3.5 有毒氣體報警裝置選用

在鋼瓶區、管道閥門、滲氮爐上方安裝有毒氣體報警裝置，氨氣既可燃又有毒，根據《石油化工可燃氣體和有毒氣體設計規范》（GB50493—2009）要求，設置有毒氣體報警裝置。氨氣的PC-STEL（短時間接觸容許濃度）為30mg/m3，可選用檢測范圍：0～100×10-6；最大電流：30mA 輸出信號：4～20mA標準信號輸出 連接電纜：兩芯屏蔽電纜 工作溫度：-10～60℃環境濕度：10%～95%RH（非冷凝）檢測精度：±5% 零 漂 移：＜0.5%F.S./月；反應時間：＜30s；防爆等級：Ex d IIC T6；防護等級：IP66；工作電源：24V。

3.6 氨泄漏防中毒處理

吸入應迅速脫離現場至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢。如呼吸困難，則給氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。皮膚接觸應立即脫去污染的衣著，應用2%硼酸液或大量清水徹底沖洗。眼睛接觸應立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15min。及時就醫。

3.7 消防安全

消防人員必須穿全身防火防毒服，在上風向滅火。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 結束語

在滲氮處理中要注意危化品液氨的安全使用，嚴格按照液氨安全操作規程作業，加強員工的安全意識，做好液氨安全“三同時”管理，強化紅線意識，和周邊保持安全間距，保障人民群眾的生命安全。

[1] GB50493—2009石油化工可燃氣體和有毒氣體設計規范[S].

[2] GB50016—20014建筑設計防火規范[S].

表6 高壓鍋爐給水泵修復后主要工藝數據記錄表

8 結束語

為了避免高壓鍋爐給水泵在裝置運行過程中再次出現平衡腔壓力高，一方面在爐給水泵泵蓋加工過程中應提高爐給水泵泵蓋內腔直徑加工精度，在平衡套安裝過程中嚴格控制其安裝間隙，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。同時避免平衡套與泵蓋間隙過大造成O形密封圈壓縮量不夠無法完全密封。另一方面應加強運行管理，特別在系統停運時，應保持泵內水溫，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O形密封圈使用壽命。特別在運行一段時間后長時間停運系統，應盡量更換O形密封圈，或者選擇抗溫差變化能力強的O形密封圈

參考文獻

[1] 董定元.金屬管焊接[M].北京：機械工業出版社，1997.

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

[3] 李亞江.焊接材料的選用[M].北京：化學工業出版社，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，主要從事化工教學工作。