夏進(jìn)軍

轉(zhuǎn)爐煙道煤氣爆炸事故技術(shù)分析與預(yù)防

夏進(jìn)軍

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司一鋼軋廠，河北張家口075100）

宣鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝曾發(fā)生過煙道煤氣爆炸事故，通過轉(zhuǎn)爐煙道煤氣爆炸事故原因分析，提出預(yù)防爆炸的三方面具體措施：切斷煤氣空氣混合途徑、控制火源、設(shè)置防爆裝置。

轉(zhuǎn)爐煤氣；煙道；爆炸極限；爆炸

1 前言

宣鋼煉鋼廠現(xiàn)有2座110 t轉(zhuǎn)爐，其煙氣凈化除塵與煤氣回收系統(tǒng)采用日本OG工藝，2002年10月1#、2#轉(zhuǎn)爐相繼投產(chǎn)，2003年4月配套的煤氣回收系統(tǒng)投入使用，煤氣回收量100 m3/t鋼左右。2#轉(zhuǎn)爐煙氣凈化回收設(shè)備運(yùn)行初期，由于缺乏工作經(jīng)驗(yàn)，煙道發(fā)生過煤氣爆炸事故。因急于恢復(fù)生產(chǎn),沒有及時(shí)找出爆炸的原因,恢復(fù)生產(chǎn)后煙道又接連發(fā)生幾次爆炸，最嚴(yán)重的一次爆炸造成重力脫水器開裂。本文就2#轉(zhuǎn)爐煙道煤氣爆炸的原因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防爆炸的具體措施。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化設(shè)備及煤氣生產(chǎn)回收工藝

2.1 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化設(shè)備（見圖1）

圖1 宣鋼煉鋼廠110 t轉(zhuǎn)爐OG系統(tǒng)二文一塔除塵裝置工藝流程圖

2.2 轉(zhuǎn)爐煤氣生產(chǎn)回收工藝

轉(zhuǎn)爐煤氣是煉鋼生產(chǎn)中爐內(nèi)氧氣同鐵水中的碳、硫、磷、硅、錳等元素氧化生成的，其主要含量為60%的CO以及N2和CO2等成分。轉(zhuǎn)爐煤氣是間歇性生產(chǎn)的，主要集中在吹煉中期。在吹煉期內(nèi)不同的時(shí)間段CO含量是不同的，在吹煉前期和后期由于煙氣中的CO含量比較低，一般達(dá)不到回收條件要求。尤其為確保煤氣回收的安全性，在前期、后期采

用了升罩操作，通過抽入一定量的空氣與含較低CO濃度的煙氣燃燒生成廢氣對(duì)煙道進(jìn)行清掃，消除煤氣與空氣在煙道混合而引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)。在吹煉中期采用降罩操作安全回收轉(zhuǎn)爐煤氣。煤氣從爐內(nèi)發(fā)生后，經(jīng)升降煙罩、汽化冷卻煙道進(jìn)入溢流文氏管、二文可調(diào)文氏管除塵降溫后進(jìn)入絲網(wǎng)脫水塔脫水，經(jīng)除塵風(fēng)機(jī)、三通閥、水封逆止閥進(jìn)入50000 m3煤氣柜，后序煤氣經(jīng)過加壓通過管道送往用戶。

3 轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸機(jī)理

3.1 煤氣爆炸特性

作為可燃?xì)怏w的煤氣與助燃?xì)怏w空氣的混合氣體并不一定產(chǎn)生爆炸，而必須具備兩個(gè)條件：第一個(gè)條件是組分條件或濃度條件，即混合氣體中煤氣濃度達(dá)到燃燒和爆炸極限范圍；第二個(gè)條件是要有發(fā)火源，也即能量條件。當(dāng)煤氣與空氣的混合氣體具備上述兩個(gè)條件時(shí)，便發(fā)生氣體爆炸。爆炸是可燃?xì)怏w急劇的燃燒反應(yīng)過程，燃燒產(chǎn)生火焰，以波動(dòng)的形式傳播，所以又稱燃燒波，其波面也稱火焰面；火焰?zhèn)鞑r(shí)，在火焰面前端未燃的可燃性混合氣體，也伴隨著燃燒氣體的膨脹而向前移動(dòng)，火焰速度為燃燒速度與其移動(dòng)速度之和，其反應(yīng)速度很大程度上取決于反應(yīng)系統(tǒng)的溫度、壓力。燃燒反應(yīng)伴隨大量放熱，使反應(yīng)生成氣體的溫度、體積膨脹，并使與火焰面接近的未燃的可燃?xì)怏w的溫度和壓力上升，使燃燒速度越來(lái)越快，火焰速度呈指數(shù)關(guān)系上升?；鹧嫠俣鹊募涌?，壓縮其前部的未燃的可燃?xì)怏w形成壓縮波，若在密閉容器或一定有限空間發(fā)生氣體爆炸，爆炸產(chǎn)生的上升壓力會(huì)造成容器壁薄弱地方破壞而釋放能量。總之，轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸是急劇的燃燒反應(yīng)，是生成的反應(yīng)熱引起氣體體積迅速膨脹，壓力急劇上升而釋放的結(jié)果。

3.2 轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸極限的影響因素

轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸極限是該氣體能夠發(fā)生爆炸的最低到最高的濃度范圍。轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸極限不是一個(gè)固定數(shù)值，而是隨著這一氣體的溫度、壓力、氧含量、惰性氣體含量、接觸火源的能量、容器體積的影響而變化。一般情況下，轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸極限隨著溫度的升高而變寬；隨著壓力的增高而變寬。壓力影響轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸極限比較復(fù)雜，最初下限值變窄，當(dāng)壓力達(dá)到10~20個(gè)大氣壓以上時(shí)下限值開始變寬，上限值一般隨著壓力的上升而變寬；煤氣受氧氣含量影響比較大，轉(zhuǎn)爐煤氣在空氣中的爆炸極限與在氧氣中的爆炸極限是不同的，在含氧量高的環(huán)境中轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸極限變寬，下限值變化不大，上限值顯著增加；轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸極限隨著點(diǎn)火源能量的增加而變寬，隨著容器體積的增大而變寬；隨著氣體惰性成分的增加而變窄。一般在20℃和一個(gè)大氣壓下轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣混合的爆炸極限是12.5%~75%，與氧氣混合的爆炸極限是13%~96%，轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣混合的最低著火溫度為630℃，與氧氣混合的最低著火溫度為590℃。

在整個(gè)回收過程中轉(zhuǎn)爐煤氣CO含量約25% ~80%左右，如與空氣混合都處在爆炸極限范圍內(nèi)。同時(shí)煙道本身是個(gè)有限容器，并且在生產(chǎn)過程又具備高溫能量這個(gè)爆炸條件，因此只要煤氣生產(chǎn)過程中煙道進(jìn)入空氣，煤氣就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，因此預(yù)防除塵器內(nèi)煤氣爆炸的關(guān)鍵是控制煤氣中氧氣含量超標(biāo)。轉(zhuǎn)爐煤氣生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，煤氣回收也是間歇進(jìn)行的，每回收一爐次轉(zhuǎn)爐煤氣都要經(jīng)過前燃燒期、回收期、后燃燒期（前后燃燒期CO＞25%），前后期燃燒的廢氣作為安全吹掃氣體兩次清掃煙道和后序除塵器。如果置換過程中沒有將空氣或煤氣徹底清掃干凈，就會(huì)產(chǎn)生煤氣與空氣混合這一爆炸條件。

4 2#轉(zhuǎn)爐煙道煤氣爆炸原因分析

2#轉(zhuǎn)爐煙道連續(xù)發(fā)生幾次爆炸事故后，煉鋼廠一面停產(chǎn)組織搶修設(shè)備，一面對(duì)凈化除塵設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查。經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)事故調(diào)查和分析，認(rèn)為造成2#轉(zhuǎn)爐煙道煤氣爆炸原因主要有以下三個(gè)方面：

（1）大量斜煙道積灰，造成一文溢流盆負(fù)壓水封擊穿，導(dǎo)致煙道進(jìn)入空氣，產(chǎn)生了混合爆炸性氣體。通過對(duì)系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，2#轉(zhuǎn)爐斜煙道與尾部煙道拐點(diǎn)處積塵、積渣過多，出現(xiàn)了斜煙道局部堵塞現(xiàn)象。由于斜煙道局部堵塞，改變了斜煙道的內(nèi)截面積，使除塵系統(tǒng)煙氣流量減小，而多余的煙氣必然從爐口外溢煙，從而增大了爐口壓差。由于微差壓裝置控制調(diào)節(jié)二文RD閥開度，使得RD閥開度不斷增大以及一文后負(fù)壓的增大。當(dāng)一文后負(fù)壓增大到能夠?qū)⒁晃囊缌髋杷庵械乃啥氪罅靠諝鈺r(shí)，便發(fā)生了轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣的突然混合，結(jié)果使煙道局部區(qū)域達(dá)到轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸極限范圍，所以，一文溢流盆負(fù)壓水封擊穿是煙道產(chǎn)生轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣預(yù)混合發(fā)生爆炸的一個(gè)必要條件。

（2）煙道溫度提供了混合氣體燃燒爆炸的溫度條件。轉(zhuǎn)爐煙氣在一文前煙氣溫度達(dá)600~1000℃左右，具備混合氣體爆炸的溫度自然條件，另外轉(zhuǎn)爐吹煉發(fā)生大噴濺吸入煙道未經(jīng)熄滅的紅渣也是混合氣體爆炸的火種來(lái)源。

（3）吸入空氣的轉(zhuǎn)爐煤氣混合氣體在轉(zhuǎn)爐煙氣高溫作用下，發(fā)生急劇燃燒反應(yīng)，壓力急劇上升，體積迅速膨脹，在煙道溢流盆區(qū)域有限空間發(fā)生了爆炸，爆炸能量造成重力脫水器損壞。

5 預(yù)防措施

5.1 切斷轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣混合的途徑

5.1.1 及時(shí)清理煙道積灰，防止溢流盆水封擊穿

（1）根據(jù)凈化除塵回收設(shè)備阻力損失曲線，提前判斷故障，及時(shí)清掃煙道積灰是預(yù)防煙道煤氣爆炸的主要方法。煙道積灰情況判斷方法：①出現(xiàn)爐口大量冒紅煙現(xiàn)象。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)不變的情況下，如果RD閥自動(dòng)調(diào)節(jié)不能改變爐口冒紅煙現(xiàn)象，一般應(yīng)考慮系統(tǒng)有堵塞現(xiàn)象，并重點(diǎn)檢查煙道積灰情況。②出現(xiàn)一文阻力損失增大，二文阻力損失減小現(xiàn)象。如果煙道積灰，開始一文流速會(huì)比正常偏大，阻力損失比正常時(shí)增高（正常一文阻損2500~3500 Pa）；二文阻力損失由于RD閥開度隨爐口正壓增大而增大，阻力損失比正常會(huì)一度降低（二文阻損10000~12000 Pa，回收時(shí)阻損10000 Pa）。③一次除塵風(fēng)機(jī)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值，應(yīng)及時(shí)檢查凈化除塵系統(tǒng)有無(wú)堵塞現(xiàn)象。

（2）結(jié)合一文阻力損失增大現(xiàn)象，檢查溢流盆水位高度變化，也是幫助判斷煙道是否存在積灰現(xiàn)象的方法。當(dāng)在一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溢流盆補(bǔ)水不變的情況下，溢流盆水位低于正常水位，說明一文前系統(tǒng)存在堵塞的可能，應(yīng)組織進(jìn)行煙道系統(tǒng)檢查。

5.1.2 控制轉(zhuǎn)爐吹煉前燒期和后燒期升罩操作時(shí)間，確保燃燒廢氣徹底置換煙道的空氣或轉(zhuǎn)爐煤氣也是防止煙道出現(xiàn)煤氣與空氣混合過程產(chǎn)生爆炸的重要措施。

5.1.3 轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，如果在煙道氧槍孔或加料溜槽未設(shè)置氮封，或氮封失效，在負(fù)壓吹煉情況下，空氣將會(huì)進(jìn)入煙道或料倉(cāng)與煤氣混合,在煙道高溫或吹煉噴入的紅渣作用下引發(fā)煤氣爆炸。

5.2 控制火源

防止煙道、煙罩、氧槍漏水發(fā)生噴濺造成紅渣進(jìn)入煙道。如果發(fā)現(xiàn)煙道、煙罩、氧槍漏水應(yīng)立即停止吹煉，同時(shí)切斷供水來(lái)源，待爐內(nèi)水揮發(fā)完時(shí)，方可搖爐操作，以免發(fā)生鋼水大噴，進(jìn)入煙道紅渣而提供爆炸火種。

5.3 在回收系統(tǒng)設(shè)置防爆裝置，降低爆炸破壞損失

在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝比較復(fù)雜，引發(fā)煤氣爆炸的條件比較多，發(fā)生煙道煙氣爆炸的幾率比較高，因此在回收系統(tǒng)設(shè)置防爆裝置非常必要。一般應(yīng)在煙道頂部、重力脫水器、絲網(wǎng)脫水塔等部位設(shè)置防爆膜。在一文收縮段設(shè)置溢流水封，可起到一定的泄爆作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中煙道工況比較復(fù)雜，產(chǎn)生煤氣與空氣混合的機(jī)會(huì)較多，引發(fā)煤氣爆炸的機(jī)率也比較高，因此只有在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)煙道重點(diǎn)部位監(jiān)督管理，進(jìn)一步規(guī)范技術(shù)操作，不斷進(jìn)行設(shè)備和工藝的改進(jìn)，才能盡量減少爆炸事故，確保煙道及除塵回收系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

[1]蔣路.煤氣安全技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)部安全教育指導(dǎo)站，1992.

Technical Analysis of Explosion Accident of Converter Flue Gas and Precautions to be Taken

XIA Jinjun
(The No.1 Steelmaking and Rolling Plant of Xuanhua Steel,Hebei Iron and Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

A flue gas explosion accident once happened in the converter gas recovery process of Xuanhua Steel.Through analysis of the explosion accident,specific countermeasures against gas explosion were put forward from three aspects of cutting off gas-air mix channel, controlling fire source and setting up explosion prevention device.

converter gas;flue;explosion limit;explosion

X928.7

B

1006-6764(2013)10-0012-03

夏進(jìn)軍（1972－），男，1995年畢業(yè)于河北冶金工業(yè)學(xué)校焦化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理、能源管理工作。