干式煤气柜火灾爆炸危险性评价与对策

干式煤气柜火灾爆炸危险性评价与对策干式煤气柜火灾爆炸危险性评价与对策唐晓文王国忠金康定(安徽省安全生产科学研究院合肥230061)摘要分析了导致10万m3干式煤气柜火灾爆炸的危险因素,对火灾爆炸事故采用故障树法,分析事故发生的可能原因,提出了安全对策措施。关键词干式煤气柜火灾爆炸危险性评价安全对策RiskAssessmentofFireandExplosionontheLargeCapacityDry-typeGasTankandSomeSafetyCountermeasuresTANGXiao-wenWANGGuo-zhongJINKang-ding(AnhuiAcademyofSafetyScienceandTechnologyHefei230061)AbstractThereexistsfireandexplosionriskonlargegastank.Thefireandexplosionriskof104m3ofdry-typegastankisanalyzed.Thefaulttreeanalysismethodisusedtoanalyzethepossiblereasonsresultedinaccidentsandsomesafetycountermeasuresareputforward.Keywordsdry-typegastankfireexplosionriskassessmentsafetycountermeasures随着经济快速发展和技术水平的不断提升,10-30万m3大容量干式煤气柜,由于具有占地小、工作重量轻、工作压力稳定、没有大量污水排放、使用年限长等优势,在冶金、石化等行业得到越来越多的应用。这类储柜由于储存量大,且储存介质易燃易爆有毒,一旦发生火灾爆炸等事故后果十分严重。而现有的法规标准,在规范此类大型气柜的安全要求(诸如防火间距)等方面尚存在某些盲区。因此,如何针对大型煤气柜的火灾爆炸危险性,寻求合适的方法开展安全评价,制定有效的安全对策措施以防止事故的发生,显得十分必要。本文以某钢铁公司10万m3干式煤气柜为实例,进行初步的尝试和探讨。1评价对象概况气柜基本概况见表1。表110万m3干式煤气柜概况项目气柜型式公称容积/万m3工作压力/kPa储存介质内容稀油密封型105.9高炉煤气所储存的高炉煤气组成及特性值见表2。表2高炉煤气成分及性能(参考值)煤气煤气体积分数成分/%COH2CO2N2CH4O2低位发热量/(kJ?m-3)高炉煤气23.60.5318.656.470.40.43265该气柜工作原理为:气柜与厂区煤气管网相连通,煤气贮存在气柜活塞以下,活塞随煤气的进出在柜体内上下运行,当管网压力大于气柜工作压力时,活塞被推动而上升,煤气进柜贮存;相反,当管网压力小于气柜工作压力时,活塞下降,煤气外供。干式煤气柜的工作起到维持管网煤气压力稳定的作用。2干式煤气柜火灾爆炸危险因素分析高炉煤气含有较高的CO和少量H2(见表2),据估算其爆炸极限为11.0%-67.6%,与空气混合后,遇火源极易发生火灾爆炸事故。因此,干式煤气柜运行过程中,导致煤气火灾爆炸事故的危险因素,在于煤气与空气混合以及出现点火源2个方面。导致干式煤气柜中煤气与空气混合有2方面可能原因:①煤气外泄,特别是大量外泄后在局部空间形成爆炸性氛围。例如,活塞部位出现泄漏,在气柜内活塞上部空间积聚爆炸性混合气体。②空气混入气柜内部,主要是由于进气中混有空气,进入气柜后与气柜内煤气发生混合。出现点火源的原因主要是违章动火,机械摩擦与撞击,静电、雷击以及人员带火种等。3干式煤气柜火灾爆炸的故障树分析故障树(FTA)是一种描述事故因果关系的有向逻辑“树”,不仅能分析出事故的直接原因,也能深入提示事故的潜在原因,体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性[1]。本文以干式煤气柜火灾爆炸事故为顶上事件进行故障树分析。3.1故障树的建立干式煤气柜火灾爆炸故障树,以“煤气柜火灾爆炸”作为顶上事件,下含中间事件12个,基本事件17个。见图1。3.2故障树分析3.2.1计算最小割集根据图1,经计算并化简,该故障树的结构函数为:T=M1+M2=X1X10+X1X11+X1X12+X2X10+X2X11+X2X12+X3X10+X3X11+X3X12+X4X6X10+X4X6X11+X4X6X12+X5X6X10+X5X6X11+X5X6X12+X7X10+X7X11+X7X12+X8X9X10+X8X9X11+X8X9X12+X13X14+X15X16X17?33?2021年第34卷第1期January2021工业安全与环保IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection图1干式气柜火灾爆炸故障树从结构函数可以看出,该故障树有23个最小割集,说明导致事故发生的途径较多。3.2.2计算结构重要度[1]利用最小割集近似判断结构重要系数,需按以下4条原则判断结构重要系数的大小:①单事件最小割集中基本事件结构重要系数最大;②仅出现在同一个最小割集中的所有基本事件结构重要系数相等;③仅出现在基本事件个数相等的若干个最小割集的各基本事件结构重要系数依出现次数而定,即出现次数少,其结构重要系数小;④2个基本事件出现在基本事件个数不等的若干个最小割集中,可采用下列判别式计算:∑I(i)=∑xi∈kj12ni-1式中,I(i)为基本事件Xi结构重要系数的近似判别值;Xi∈Kj为事件Xi属于Kj最小割(径)集;ni为基本事件Xi所在最小割(径)集中包含基本事件的个数。根据以上原则,计算出的基本事件结构重要度顺序为:I(10)=I(11)=I(12)I(6)I(1)=I(2)=I(3)=I(7)I(4)=I(5)=I(8)=I(9)I(13)=I(14)I(15)=I(16)=I(17)由此看出,基本事件X10、X11、X12结构重要度相等,它们对顶上事件发生的影响最大,其次是X6,而X15、X16、X17的影响最小。4安全对策措施根据以上分析,导致干式煤气柜发生火灾爆炸的可能性较大,同时由于贮存介质除易燃易爆特性外,还属于高度危害有毒气体[2],笔者认为,应注意采取如下安全对策措施。4.1总体布局上保持安全间距评价煤气贮存设施防火间距的依据是《建筑设计防火规范》,但现行规范GB50016-2021中,只规定了容积小于10万m3可燃气体储罐的防火间距,至于10万m3乃至更大容积则没有规定。鉴于此,根据安全且经济的原则,确定10万m3干式气柜防火间距立足于2点:①考虑防火间距理论数值时,主要考虑热辐射的作用,不考虑热对流和飞火的作用[3]。贮存介质相同条件下,10万m3干式气柜发生火灾时热辐射作用相比较10万m3以下气柜有所增强,但不会呈现梯级增长趋势,因此只需在现有规范基础上适当增加防火间距;至于20万m3乃至更大气柜的防火间距要求,则需要在综合考虑贮存介质性质、贮存量、气柜类型、大气环境等因素基础上,进一步计算辐射热加以确定。②必须满足消防通道、消防灭火操作的基本要求,能够保证消防车通行,保证消防水枪喷射角度需要,保证火灾时辐射热不对灭火人员造成严重伤害。4.2运行过程主要安全对策措施(1)设置安全联锁设施并确保有效。应设置的联锁项包括:柜内压力、柜内贮量与进出口阀、发散阀的安全联锁;活塞移动速度与进出口阀的安全联锁;密封油位与油泵、备用油箱的安全联锁;活塞上部CO含量监测等。联锁控制系统应采用双路电源,并注意加强维护管理,确保联锁有效。(2)加强安全管理,严禁柜区点火源。从上一节分析可以看出,日常运行中最易导致煤气柜火灾爆炸事故的因素是出现点火源(含明火、静电、雷击),严禁人为火种,严禁违章动火,特别是注意检修期间动火作业的安全防护。此外,还应加强柜区CO含量的定检、巡检,防止煤气大量泄漏,避免形成火三角。(3)加强煤气安全调度协调。煤气柜与气源、用户、外界管网共同维持管网煤气的动态平衡,由于产气量或用气量的大幅波动,都会对煤气柜造成影响,通过有效的调度协调,可以及时采取安全防范措施。在管网平衡出现破坏时,如停产气、大用户停用气,应视情况采取管阀隔断、监测O2含量、管?43?高炉旋流除尘器煤气泄漏火灾爆炸安全分析刘堂文1秦吉1雷芳1周为民2(1.中钢集团武汉安全环保研究院武汉430081;2.武汉虹信通信技术有限责任公司)摘要高炉旋流除尘器在检修时,打开顶部眼镜阀,煤气可能外泄。分析了高炉煤气的性质、特点。距离眼镜阀40m处的煤气放散塔对除尘器的安全使用影响极大。关键词旋流除尘器煤气泄漏火灾爆炸AnalysisonFireandExplosioninBlastFurnaceWhorlStreamCleanerGasLeakageLIUTang-wen1QINJi1LEIFang1ZHOUWei-min2(1.SinosteelWuhanSafetyandEnvironmentalProtectionResearchInstituteWuhan430081)AbstractIntheinspectionofblastfurnacewhorlstreamcleaner,thegascanleakwhenopeningtheglassesvalveonthetop.Thecharactersandpropertiesoftheblastfurnacegasareanalyzed.Thegasspreadingtower,40mawayfromtheglassesvalve,Largelyaffectsthesafeuseofcleaner.Keywordswhorlstreamcleanergasleakagefireexplosion某高炉旋流除尘器顶部眼镜阀检修时需打开并关闭压紧装置,此过程持续时间约5min,煤气泄漏可能造成危险。炉顶煤气压力约0.25MPa,管径3000mm,眼镜阀采用敞开式,设置高度约35m。为确保高炉煤气干管压力稳定,距旋流除尘器水平距离约40m处设高炉煤气放散塔1座,放散塔高度约46m,使用焦炉煤气或转炉煤气点火伴燃,放散量20万m3/h,煤气主管压力9kPa。1主要危险分析1.1高炉煤气危险特性分析高炉煤气是无色无味的易燃气体[1]。主要由烃类、氢气和CO等组成,其主要成分见表1。在高炉生产过程中,主要毒物就是高炉煤气中的CO。高炉煤气为易燃、易爆、易中毒的气体,密度0.9-1.1,热值3349-4178kJ/m3,爆炸极限30.8%-89.5%,会致人喘息和窒息。表1高炉煤气成分%组分CO2COH2CH4N2体积分数18.622.81.50.556.61.2主要危险性开闭眼镜阀过程中,煤气大量喷射出来,并迅速向四周扩散,同时煤气放散塔点火燃烧产生热能,若煤气放散过程中遇风产生聚积,则在激发能源的作用下可能产生燃爆事故。2危险后果分析2.1气体泄漏大气扩散分析2.1.1气体流动速度估计气体从裂口泄漏的速度与其流动状态有关。因为P0/Pk-1)则气体泄漏呈音速流动。式中,P为容器内介质压力;P0为环境压力;K为气体绝热指数。2.1.2气体泄漏量估算Q0=CdAPmkRt(2k+1)k+1k-1式中,Cd为气体泄漏系数,长方形取0.90;m为分子量,高炉煤气为30.56;ρ为气体密度;R为气体常数;t为气体温度。计算气体泄漏量为257.4kg/s。2.1.3煤气扩散影响分析高炉煤气放散过程中,受风向影响,可能引起下风向作业人员及行人煤气中毒,甚至发生火灾、爆炸。据此,以点源扩散的高斯模式估计其影响。GB3840-91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中推荐的污染物环境浓度估算方法有3个方面。2.1.3.1大气稳定度分类道吹扫置换等安全措施,确保气柜安全运行。参考文献[1]蒋军成,郭振龙.工业装置安全卫生预评价方法.第2版.北京:化学工业出版社,2021.10.[2]职业性接触毒物危害程度分级GB5044-1985.[3]王军.爆炸性安全环境评价与最新防爆技术