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煤改氣過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)研究

張文連:




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“煤改氣”風(fēng)險(xiǎn)和問題分析

由于我國近幾年霧霾污染十分嚴(yán)重,煤改氣被看做治霾政策之一,為無色無味的易燃?xì)怏w,爆炸極限為5%~15%,與空氣混合極易形成爆炸性混合物,危險(xiǎn)性大,被列為重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品;在送到最終用戶之前,為助于泄漏檢測(cè),還要用四氫噻吩、硫醇等來給天然氣添加氣味。但是天然氣帶來的事故也很突出,據(jù)統(tǒng)計(jì),2017年第一季度燃?xì)獗ㄊ鹿示瓦_(dá)到196起,第二季度燃?xì)獍踩鹿蔬_(dá)到269起,平均每月有89起燃?xì)獗ㄊ鹿拾l(fā)生,造成極大的安全隱患,其相應(yīng)裝置的工藝流程、控制手段、操作方式、安全要求與煤作為加熱介質(zhì)時(shí)完全不同,安全管控難度明顯增大,安全要求隨之增高。
2017年1月湖北省枝江市某企業(yè)鍋爐房內(nèi),一臺(tái)臥式內(nèi)燃鍋爐在調(diào)試點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爐膛燃爆事故,造成了2人死亡,7人受傷慘劇。經(jīng)專家初步分析,該事故是由于使用單位在燃燒器程序控制器正常運(yùn)行過程中,違規(guī)將燃?xì)獍踩袛嚅y強(qiáng)行短接通電開啟,造成點(diǎn)火前燃?xì)膺M(jìn)入爐膛與空氣混合達(dá)到爆炸極限,當(dāng)程序控制器運(yùn)行至點(diǎn)火位時(shí)爐膛發(fā)生燃爆。
2017年12月山東省濰坊市的日科化學(xué)股份有限公司年產(chǎn)1.5萬噸塑料改性劑(AMB)生產(chǎn)裝置發(fā)生爆燃事故,造成7人死亡、4人受傷。經(jīng)初步分析,事故直接原因是:天然氣通過新增設(shè)的直接燃燒加熱系統(tǒng)串入了干燥系統(tǒng),并與干燥系統(tǒng)內(nèi)空氣形成爆炸性混合氣體,在啟動(dòng)不具備啟用條件的天然氣加熱系統(tǒng)的過程中遇點(diǎn)火源引發(fā)爆燃。
這兩起事故暴露出企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)差,對(duì)“煤改氣”產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不足,是積累問題的集中爆發(fā),給人民生命財(cái)產(chǎn)和國家形象帶來了嚴(yán)重?fù)p害。
1972年6月15日—2007年2月5日間發(fā)生在法國的121起鍋爐相關(guān)事故,其中41起與燃?xì)忮仩t相關(guān)(天然氣、焦?fàn)t氣、液化石油氣等),80起鍋爐燃料未知或雖非燃?xì)忮仩t但其經(jīng)驗(yàn)可應(yīng)用至燃?xì)忮仩t的事故。29%發(fā)生在冷卻系統(tǒng);26.5%發(fā)生在進(jìn)料管線系統(tǒng)(見表1)。

表1 121起事故的類型和故障設(shè)備

燃?xì)獍l(fā)生燃爆事故是由于可燃?xì)怏w漏入并與空氣混合形成爆炸性混合物,這種混合物處在爆炸極限范圍時(shí)一接觸到適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火源就會(huì)發(fā)生爆炸事故。伴隨著化學(xué)變化,爐內(nèi)氣體壓力瞬時(shí)劇增,所產(chǎn)生的爆炸力超過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而造成向外爆炸,由于在極短時(shí)間內(nèi)大量能量在有限體積內(nèi)積聚,造成鍋爐爐膛處于非尋常的高壓或高溫狀態(tài),使周圍介質(zhì)發(fā)生震動(dòng)或鄰近的物質(zhì)遭到破壞。燃?xì)獗L(fēng)險(xiǎn)識(shí)別如下:

(1) 點(diǎn)燃風(fēng)險(xiǎn)
在點(diǎn)火時(shí),如啟動(dòng)操作不當(dāng),出現(xiàn)熄火而又未及時(shí)切斷氣源、配氣管進(jìn)行可燃?xì)怏w吹掃,或打開閥門時(shí)噴嘴也點(diǎn)不著火、被吹滅吹掃不徹底、或其他可能使?fàn)t膛中存積大量高濃度可燃?xì)怏w并處于爆炸極限范圍內(nèi)的情況,則再次點(diǎn)火時(shí)引燃這些可燃?xì)怏w,引起爆炸。
(2) 機(jī)械故障
氣體在鍋爐燃燒室的意外聚集也會(huì)形成爆炸性環(huán)境。這類事故通常發(fā)生在鍋爐重新開工時(shí)??赡艿氖鹿蕡?chǎng)景有:設(shè)備出現(xiàn)故障后,仍然使進(jìn)氣管線處于打開狀態(tài);調(diào)壓閥故障;使用電磁閥;進(jìn)氣裝置氣壓過低;鍋爐重新開工前預(yù)通風(fēng)故障。因?yàn)樵O(shè)備不完善,閥門漏氣,沒有火焰檢測(cè)裝置和點(diǎn)火滅火保護(hù)裝置,可燃?xì)怏w充滿爐內(nèi)點(diǎn)火發(fā)生爆炸。
(3) 管道泄漏
由于燃?xì)饪扇細(xì)怏w消耗量大,輸氣管道龐大,有些管道已經(jīng)腐蝕老化況,如不注意管道的檢修和維護(hù),管路發(fā)生可燃?xì)怏w泄露,而造成爆炸事故。部分進(jìn)氣管線泄漏是由鍋爐前端的閥門與進(jìn)料管線連接處失去密封性導(dǎo)致,如連接部件老化,管件存在缺陷,管件損壞都曾引發(fā)過事故。此外,處理活動(dòng)的連接部件和停車裝置時(shí)須嚴(yán)格按照流程,遵守對(duì)應(yīng)的閥門操作指南。不恰當(dāng)操作滑門閥就引發(fā)了2起事故;鍋爐維修后,未用壓縮空氣或氮?dú)膺M(jìn)行密封性測(cè)試,或者未關(guān)閉法蘭就打開進(jìn)氣閥門,引發(fā)了1起事故;液化石油氣鍋爐上的氣化器有時(shí)也會(huì)成為泄漏源,并引發(fā)了1起事故。進(jìn)氣管線破裂會(huì)導(dǎo)致大量易燃?xì)怏w泄漏。比如有1起事故就是叉車移動(dòng)堆積在管線前方的木質(zhì)貨架時(shí),出現(xiàn)失誤導(dǎo)致的。氣體泄漏可能引發(fā)爆炸、火災(zāi),造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。12起進(jìn)料管線泄漏事故中,6起引發(fā)了爆炸,5起引發(fā)了火災(zāi),且5起中有3起在火災(zāi)之后發(fā)生了爆炸。鍋爐本身也會(huì)成為點(diǎn)火源,比如鍋爐上的電氣部件或鍋爐上的動(dòng)火作業(yè)。庫爾布瓦火電站事故就是一則典型案例:鍋爐進(jìn)氣管線的閥門引發(fā)嚴(yán)重泄漏,導(dǎo)致2人死亡。
對(duì)于混合氣體鍋爐和碳鍋爐,分析風(fēng)險(xiǎn)時(shí)要考慮天然氣和碳?jí)m同時(shí)點(diǎn)燃的情況,其中就有1起類似事故:鍋爐進(jìn)氣管線泄漏,氣體高速噴出后發(fā)生爆炸,懸浮在空氣中的碳顆粒同時(shí)被引爆,增加了爆炸威力。1987年美國就發(fā)生1起進(jìn)氣管線泄漏事故。當(dāng)時(shí)閃電擊中城市中的1個(gè)天然氣鍋爐,擊穿了燃?xì)夤艿郎系拈y門,導(dǎo)致氣體大量泄漏。
(4) 火焰不穩(wěn)定

如果煤氣燃燒器出力過小,火焰就會(huì)縮回燃燒器內(nèi),發(fā)生回火現(xiàn)象,使鍋爐運(yùn)行中火焰不穩(wěn)定而熄滅;相反出力過大,火焰就會(huì)脫開燃燒器,發(fā)生脫火現(xiàn)象,此時(shí)爐膛處于高溫,達(dá)到或超過可燃?xì)怏w與空氣混合物的著火溫度,就有可能立即發(fā)生爆炸。

(5) 熱傳導(dǎo)液系統(tǒng)事故
在法國勒阿弗爾發(fā)電站事故中,1個(gè)新鍋爐在測(cè)試過程中發(fā)生爆炸。當(dāng)時(shí),鍋爐金屬管的進(jìn)水中含有碳?xì)浠衔?,化合物比水重,在火管?nèi)聚集,覆蓋住氣化器,導(dǎo)致金屬管溫度升高,之后管線破裂,噴出高壓蒸氣,鍋爐被沖擊至10m遠(yuǎn)處。事故導(dǎo)致1人死亡,17人受傷。

其次,泄漏到鍋爐外面的熱傳導(dǎo)液,會(huì)污染環(huán)境和排水系統(tǒng)。相關(guān)事故場(chǎng)景有:維修期間抽出熱傳導(dǎo)液;他人肆意破壞;主排水管破裂或過熱水泄漏到河流中導(dǎo)致水生動(dòng)物死亡。鍋爐保養(yǎng)時(shí)所用物品(清洗劑、阻垢劑和其他腐蝕性物質(zhì))的意外泄漏也會(huì)污染環(huán)境。閥門出現(xiàn)機(jī)械故障或蒸氣量突然升高后,打開蒸氣系統(tǒng)的安全閥會(huì)產(chǎn)生巨大噪聲,影響周圍環(huán)境。

多種原因還會(huì)導(dǎo)致熱水分流管或蒸氣分流管撕裂,如土地沉降、管道老化、管道的機(jī)械或熱量限制(高壓和溫度)、操作不當(dāng)引起的故障。雖然通常不會(huì)導(dǎo)致人員死亡,但是會(huì)引起公眾疏散和熱水?dāng)喙W詈?,運(yùn)輸熱傳導(dǎo)液的管道會(huì)成為易燃物和與之接觸的燃料的點(diǎn)火源。其中1起事故就是,發(fā)電站中由于焊接不良,潤滑油滴落到運(yùn)輸過熱蒸氣的管道上,引發(fā)火災(zāi)。2000年在贊比亞,1條管道因生銹堵塞,導(dǎo)致熱量在鍋爐內(nèi)聚集,引發(fā)嚴(yán)重火災(zāi),摧毀了事故煉化廠。1994年,德國1條超過550℃的過熱蒸氣管道破裂,導(dǎo)致6人死亡,1人受傷。

(6) 操作不當(dāng)

操作人員在鍋爐運(yùn)行時(shí)不按照規(guī)章制度操作,操作不合理,工作不負(fù)責(zé)任,檢修、值班不按規(guī)定進(jìn)行,容易導(dǎo)致事故發(fā)生。在某起事故中,工人缺少故障分析的必要信息,仍然迫使鍋爐開工,導(dǎo)致氣體聚集,引發(fā)爆炸。在敦刻爾克的事故中,火苗控制攝像頭損壞,不能檢測(cè)火苗是否熄滅,之后引發(fā)事故。在里昂的事故中,由于調(diào)節(jié)控制設(shè)備失效,技術(shù)員無法確定燃燒爐意外停工的原因,之后使鍋爐重新開工,導(dǎo)致燃燒室氣體爆炸。

(7) 氣源供不應(yīng)求

2016年初發(fā)布的“十三五”規(guī)劃目標(biāo)是把2020年的天然氣占能源消費(fèi)的比重從2015年的6.2%提高到10%。如果滿足這個(gè)目標(biāo),就要求2017~2020年間每年天然氣需求增長都需要達(dá)到15%~16%。但需求增長過快,而天然氣供給沒有及時(shí)跟上而造成暫時(shí)短缺。對(duì)化工企業(yè)來講要做好無氣可用的準(zhǔn)備,避免出現(xiàn)氣源驟停引起安全事故。2018年4月26日國家發(fā)展改革委、國家能源局《關(guān)于加快儲(chǔ)氣設(shè)施建設(shè)和完善儲(chǔ)氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制的意見》再一次強(qiáng)調(diào)了2020年“供氣企業(yè)10%、城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)5%、地方日均3天”的儲(chǔ)氣能力目標(biāo);同時(shí)提出要構(gòu)建儲(chǔ)氣調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng),加強(qiáng)儲(chǔ)氣調(diào)峰能力建設(shè)情況的跟蹤調(diào)度,對(duì)推進(jìn)不力違法失信等行為實(shí)行約談問責(zé)和聯(lián)合懲戒。





02





可以采取的措施和經(jīng)驗(yàn)做法


(1) 加強(qiáng)工作人員專業(yè)培訓(xùn)。燃?xì)忮仩t爐膛發(fā)生爆炸的事故,主要是由于在工作人員的管理過程中沒有加強(qiáng)質(zhì)量控制,從而出現(xiàn)了誤操作判斷等問題。所以對(duì)此就要加強(qiáng)司爐人員的專業(yè)化培訓(xùn),對(duì)其鍋爐爆炸的嚴(yán)重性要有深刻的認(rèn)識(shí),加強(qiáng)工作的責(zé)任心以及安全意識(shí)等。司爐工作人員對(duì)鍋爐設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能等方面要有熟悉的認(rèn)識(shí),能對(duì)鍋爐的燃燒以及爐膛爆炸的機(jī)理等要有基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí),在處理問題的能力上要突出。

(2) 加強(qiáng)鍋爐施工質(zhì)量控制。燃?xì)忮仩t爐膛爆炸事故的預(yù)防措施實(shí)施,要從施工過程中的質(zhì)量控制加強(qiáng)重視,在這一過程中,不僅要能對(duì)一般的鍋爐安全知識(shí)具備,還要能在專業(yè)的操作技能方面熟練掌握。燃?xì)忮仩t的調(diào)試過程中要加強(qiáng)燃燒器點(diǎn)火程序以及熄火保護(hù)裝置的測(cè)試,避免出現(xiàn)爆炸要素全部具備的現(xiàn)象,要能對(duì)鍋爐的啟停等操作規(guī)范化實(shí)施,對(duì)爐膛的吹掃工作認(rèn)真執(zhí)行,保障吹掃的整體質(zhì)量控制。在有沒有點(diǎn)燃的燃料進(jìn)入到爐膛的時(shí)候,就要盡快的放散,避開可燃可爆濃度范圍,提高燃?xì)忮仩t燃燒系統(tǒng)自動(dòng)化程度,其中的點(diǎn)火程控以及熄火自動(dòng)保護(hù)等方面都要加強(qiáng)質(zhì)量控制。

(3) 注重裝置熄火保護(hù)以及聯(lián)鎖裝置。為保障燃?xì)忮仩t的使用安全性,就要進(jìn)行裝置熄火保護(hù)以及聯(lián)鎖裝置,這些裝置的設(shè)置能自動(dòng)切斷向爐膛中供給燃料,避免形成爐膛爆炸條件,能起到良好的防爆作用。除此之外,要對(duì)鍋爐爐膛的抗爆能力進(jìn)行加強(qiáng),裝設(shè)必要的防爆門,這樣能對(duì)爐膛爆炸的防治起到積極作用。

(4) 設(shè)計(jì)此類生產(chǎn)場(chǎng)所時(shí),要注意分析各種潛在事故場(chǎng)景,特別要考慮可能暴露在風(fēng)險(xiǎn)中的周圍居民;設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)要考慮某些特定條件下會(huì)產(chǎn)生高壓的情況;保證最初的組裝質(zhì)量,才能保證設(shè)備長久的密封性;鍋爐控制設(shè)備的位置和選擇,要與具體生產(chǎn)環(huán)境相適應(yīng),保證通過這些設(shè)備能對(duì)鍋爐進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,為生產(chǎn)、測(cè)試、檢查和維修提供最佳作業(yè)條件;將氣體檢測(cè)設(shè)備融入警報(bào)系統(tǒng),并聯(lián)通至控制室;對(duì)于可能被意外或故意激活的敏感控制設(shè)備,使用上鎖或固定系統(tǒng);通過制定恰當(dāng)?shù)某绦虮苊饪刂圃O(shè)備被突然解鎖。


參考資料:
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