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煤改氣過(guò)程中存在的安全風(fēng)險研究

張文連:




01



“煤改氣”風(fēng)險和問(wèn)題分析

由于我國近幾年霧霾污染十分嚴重,煤改氣被看做治霾政策之一,為無(wú)色無(wú)味的易燃氣體,爆炸極限為5%~15%,與空氣混合極易形成爆炸性混合物,危險性大,被列為重點(diǎn)監管的危險化學(xué)品;在送到最終用戶(hù)之前,為助于泄漏檢測,還要用四氫噻吩、硫醇等來(lái)給天然氣添加氣味。但是天然氣帶來(lái)的事故也很突出,據統計,2017年第一季度燃氣爆炸事故就達到196起,第二季度燃氣安全事故達到269起,平均每月有89起燃氣爆炸事故發(fā)生,造成極大的安全隱患,其相應裝置的工藝流程、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?jì)?,一臺臥式內燃鍋爐在調試點(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(zhuān)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行過(guò)程中,違規將燃氣安全切斷閥強行短接通電開(kāi)啟,造成點(diǎn)火前燃氣進(jìn)入爐膛與空氣混合達到爆炸極限,當程序控制器運行至點(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(wàn)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(guò)新增設的直接燃燒加熱系統串入了干燥系統,并與干燥系統內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的過(guò)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)險意識差,對“煤改氣”產(chǎn)生的安全風(fēng)險辨識不足,是積累問(wèn)題的集中爆發(fā),給人民生命財產(chǎn)和國家形象帶來(lái)了嚴重損害。
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起與燃氣鍋爐相關(guān)(天然氣、焦爐氣、液化石油氣等),80起鍋爐燃料未知或雖非燃氣鍋爐但其經(jīng)驗可應用至燃氣鍋爐的事故。29%發(fā)生在冷卻系統;26.5%發(fā)生在進(jìn)料管線(xiàn)系統(見(jiàn)表1)。

表1 121起事故的類(lèi)型和故障設備

燃氣發(fā)生燃爆事故是由于可燃氣體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)一接觸到適當的點(diǎn)火源就會(huì )發(fā)生爆炸事故。伴隨著(zhù)化學(xué)變化,爐內氣體壓力瞬時(shí)劇增,所產(chǎn)生的爆炸力超過(guò)結構強度而造成向外爆炸,由于在極短時(shí)間內大量能量在有限體積內積聚,造成鍋爐爐膛處于非尋常的高壓或高溫狀態(tài),使周?chē)橘|(zhì)發(fā)生震動(dòng)或鄰近的物質(zhì)遭到破壞。燃氣爆炸風(fēng)險識別如下:

(1) 點(diǎn)燃風(fēng)險
在點(diǎn)火時(shí),如啟動(dòng)操作不當,出現熄火而又未及時(shí)切斷氣源、配氣管進(jìn)行可燃氣體吹掃,或打開(kāi)閥門(mén)時(shí)噴嘴也點(diǎn)不著(zhù)火、被吹滅吹掃不徹底、或其他可能使爐膛中存積大量高濃度可燃氣體并處于爆炸極限范圍內的情況,則再次點(diǎn)火時(shí)引燃這些可燃氣體,引起爆炸。
(2) 機械故障
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(lèi)事故通常發(fā)生在鍋爐重新開(kāi)工時(shí)??赡艿氖鹿蕡?chǎng)景有:設備出現故障后,仍然使進(jìn)氣管線(xiàn)處于打開(kāi)狀態(tài);調壓閥故障;使用電磁閥;進(jìn)氣裝置氣壓過(guò)低;鍋爐重新開(kāi)工前預通風(fēng)故障。因為設備不完善,閥門(mén)漏氣,沒(méi)有火焰檢測裝置和點(diǎn)火滅火保護裝置,可燃氣體充滿(mǎn)爐內點(diǎn)火發(fā)生爆炸。
(3) 管道泄漏
由于燃氣可燃氣體消耗量大,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,管路發(fā)生可燃氣體泄露,而造成爆炸事故。部分進(jìn)氣管線(xiàn)泄漏是由鍋爐前端的閥門(mén)與進(jìn)料管線(xiàn)連接處失去密封性導致,如連接部件老化,管件存在缺陷,管件損壞都曾引發(fā)過(guò)事故。此外,處理活動(dòng)的連接部件和停車(chē)裝置時(shí)須嚴格按照流程,遵守對應的閥門(mén)操作指南。不恰當操作滑門(mén)閥就引發(fā)了2起事故;鍋爐維修后,未用壓縮空氣或氮氣進(jìn)行密封性測試,或者未關(guān)閉法蘭就打開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén),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(xiàn)破裂會(huì )導致大量易燃氣體泄漏。比如有1起事故就是叉車(chē)移動(dòng)堆積在管線(xiàn)前方的木質(zhì)貨架時(shí),出現失誤導致的。氣體泄漏可能引發(fā)爆炸、火災,造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。12起進(jìn)料管線(xiàn)泄漏事故中,6起引發(fā)了爆炸,5起引發(fā)了火災,且5起中有3起在火災之后發(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(xiàn)的閥門(mén)引發(fā)嚴重泄漏,導致2人死亡。
對于混合氣體鍋爐和碳鍋爐,分析風(fēng)險時(shí)要考慮天然氣和碳塵同時(shí)點(diǎn)燃的情況,其中就有1起類(lèi)似事故:鍋爐進(jìn)氣管線(xiàn)泄漏,氣體高速?lài)姵龊蟀l(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(xiàn)泄漏事故。當時(shí)閃電擊中城市中的1個(gè)天然氣鍋爐,擊穿了燃氣管道上的閥門(mén),導致氣體大量泄漏。
(4) 火焰不穩定

如果煤氣燃燒器出力過(guò)小,火焰就會(huì )縮回燃燒器內,發(fā)生回火現象,使鍋爐運行中火焰不穩定而熄滅;相反出力過(guò)大,火焰就會(huì )脫開(kāi)燃燒器,發(fā)生脫火現象,此時(shí)爐膛處于高溫,達到或超過(guò)可燃氣體與空氣混合物的著(zhù)火溫度,就有可能立即發(fā)生爆炸。

(5) 熱傳導液系統事故
在法國勒阿弗爾發(fā)電站事故中,1個(gè)新鍋爐在測試過(guò)程中發(fā)生爆炸。當時(shí),鍋爐金屬管的進(jìn)水中含有碳氫化合物,化合物比水重,在火管內聚集,覆蓋住氣化器,導致金屬管溫度升高,之后管線(xiàn)破裂,噴出高壓蒸氣,鍋爐被沖擊至10m遠處。事故導致1人死亡,17人受傷。

其次,泄漏到鍋爐外面的熱傳導液,會(huì )污染環(huán)境和排水系統。相關(guān)事故場(chǎng)景有:維修期間抽出熱傳導液;他人肆意破壞;主排水管破裂或過(guò)熱水泄漏到河流中導致水生動(dòng)物死亡。鍋爐保養時(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(mén)出現機械故障或蒸氣量突然升高后,打開(kāi)蒸氣系統的安全閥會(huì )產(chǎn)生巨大噪聲,影響周?chē)h(huán)境。

多種原因還會(huì )導致熱水分流管或蒸氣分流管撕裂,如土地沉降、管道老化、管道的機械或熱量限制(高壓和溫度)、操作不當引起的故障。雖然通常不會(huì )導致人員死亡,但是會(huì )引起公眾疏散和熱水斷供。最后,運輸熱傳導液的管道會(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,潤滑油滴落到運輸過(guò)熱蒸氣的管道上,引發(fā)火災。2000年在贊比亞,1條管道因生銹堵塞,導致熱量在鍋爐內聚集,引發(fā)嚴重火災,摧毀了事故煉化廠(chǎng)。1994年,德國1條超過(guò)550℃的過(guò)熱蒸氣管道破裂,導致6人死亡,1人受傷。

(6) 操作不當

操作人員在鍋爐運行時(shí)不按照規章制度操作,操作不合理,工作不負責任,檢修、值班不按規定進(jìn)行,容易導致事故發(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(kāi)工,導致氣體聚集,引發(fā)爆炸。在敦刻爾克的事故中,火苗控制攝像頭損壞,不能檢測火苗是否熄滅,之后引發(fā)事故。在里昂的事故中,由于調節控制設備失效,技術(shù)員無(wú)法確定燃燒爐意外停工的原因,之后使鍋爐重新開(kāi)工,導致燃燒室氣體爆炸。

(7) 氣源供不應求

2016年初發(fā)布的“十三五”規劃目標是把2020年的天然氣占能源消費的比重從2015年的6.2%提高到10%。如果滿(mǎn)足這個(gè)目標,就要求2017~2020年間每年天然氣需求增長(cháng)都需要達到15%~16%。但需求增長(cháng)過(guò)快,而天然氣供給沒(méi)有及時(shí)跟上而造成暫時(shí)短缺。對化工企業(yè)來(lái)講要做好無(wú)氣可用的準備,避免出現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)于加快儲氣設施建設和完善儲氣調峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機制的意見(jiàn)》再一次強調了2020年“供氣企業(yè)10%、城鎮燃氣企業(yè)5%、地方日均3天”的儲氣能力目標;同時(shí)提出要構建儲氣調峰輔助服務(wù)市場(chǎng),加強儲氣調峰能力建設情況的跟蹤調度,對推進(jìn)不力違法失信等行為實(shí)行約談問(wèn)責和聯(lián)合懲戒。





02





可以采取的措施和經(jīng)驗做法


(1) 加強工作人員專(zhuān)業(yè)培訓。燃氣鍋爐爐膛發(fā)生爆炸的事故,主要是由于在工作人員的管理過(guò)程中沒(méi)有加強質(zhì)量控制,從而出現了誤操作判斷等問(wèn)題。所以對此就要加強司爐人員的專(zhuān)業(yè)化培訓,對其鍋爐爆炸的嚴重性要有深刻的認識,加強工作的責任心以及安全意識等。司爐工作人員對鍋爐設備和系統結構性能等方面要有熟悉的認識,能對鍋爐的燃燒以及爐膛爆炸的機理等要有基礎的認識,在處理問(wèn)題的能力上要突出。

(2) 加強鍋爐施工質(zhì)量控制。燃氣鍋爐爐膛爆炸事故的預防措施實(shí)施,要從施工過(guò)程中的質(zhì)量控制加強重視,在這一過(guò)程中,不僅要能對一般的鍋爐安全知識具備,還要能在專(zhuān)業(yè)的操作技能方面熟練掌握。燃氣鍋爐的調試過(guò)程中要加強燃燒器點(diǎn)火程序以及熄火保護裝置的測試,避免出現爆炸要素全部具備的現象,要能對鍋爐的啟停等操作規范化實(shí)施,對爐膛的吹掃工作認真執行,保障吹掃的整體質(zhì)量控制。在有沒(méi)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(kāi)可燃可爆濃度范圍,提高燃氣鍋爐燃燒系統自動(dòng)化程度,其中的點(diǎn)火程控以及熄火自動(dòng)保護等方面都要加強質(zhì)量控制。

(3) 注重裝置熄火保護以及聯(lián)鎖裝置。為保障燃氣鍋爐的使用安全性,就要進(jìn)行裝置熄火保護以及聯(lián)鎖裝置,這些裝置的設置能自動(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,要對鍋爐爐膛的抗爆能力進(jìn)行加強,裝設必要的防爆門(mén),這樣能對爐膛爆炸的防治起到積極作用。

(4) 設計此類(lèi)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)險中的周?chē)用?;設計鍋爐時(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,才能保證設備長(cháng)久的密封性;鍋爐控制設備的位置和選擇,要與具體生產(chǎn)環(huán)境相適應,保證通過(guò)這些設備能對鍋爐進(jìn)行遠程控制,為生產(chǎn)、測試、檢查和維修提供最佳作業(yè)條件;將氣體檢測設備融入警報系統,并聯(lián)通至控制室;對于可能被意外或故意激活的敏感控制設備,使用上鎖或固定系統;通過(guò)制定恰當的程序避免控制設備被突然解鎖。


參考資料:
[1]郁振山.法國121起燃氣鍋爐事故匯總分析[J].現代職業(yè)安全,2017(10):97-99.
[2]孟鵬.化工企業(yè)“煤改氣”過(guò)程中安全風(fēng)險識別[J].山東化工,2018,47(03):147-148.