彭波 伍穎 廖森登 黃家維 夏小明 姚俊

【摘 要】鋼渣廠熱燜生產(chǎn)處理渣罐過程中，熱燜渣池爆炸偶有發(fā)生，危及員工安危，造成廠房設(shè)備的損害，影響轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)。文章分析了熱燜過程發(fā)生爆渣的原因，并針對(duì)問題提出了工藝優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】熱燜渣；爆炸；工藝；優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】TF758 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）05-0154-03

0 前言

熱燜渣工藝最常見的事故是爆炸和各類的粉塵危害，以及高溫輻射及蒸汽的燙傷等。熱燜渣處理過程中發(fā)生的爆炸有向熱燜渣渣池內(nèi)傾倒紅液態(tài)鋼渣時(shí)發(fā)生的爆噴和熱燜過程中熱燜渣渣池子內(nèi)氣體產(chǎn)生的爆炸。如何杜絕熱燜過程中發(fā)生燃爆是鋼渣熱燜處理工藝探索和研究的重要課題之一。

1 工藝技術(shù)參數(shù)

熱燜渣渣池子數(shù)量：8個(gè)；鋼渣處理溫度：300～1 600 ℃；處理周期：12～18 h；每個(gè)池子處理的渣量：200～250 t。

2 熱燜渣工藝過程中爆炸事故的發(fā)生機(jī)理

2012年，某鋼渣廠熱燜渣投產(chǎn)以來共發(fā)生爆炸事故12次，具體原因分類統(tǒng)計(jì)見表1。

2.1 在扒渣過程中發(fā)生爆炸

在液態(tài)渣表面的水分未蒸發(fā)吸收完全的情況下，扒渣器同時(shí)對(duì)液態(tài)渣進(jìn)行扒攪，并將液態(tài)渣中有水分的位置覆蓋起來；由于水分受熱蒸發(fā)，體積急劇膨脹（當(dāng)1 kg水完全變成蒸氣后，其體積要增大約1 500倍），形成極大的壓力，并暫時(shí)束縛于液態(tài)渣下，形成爆噴現(xiàn)象（如圖1所示）。

2.2 上蓋燜渣后期和開渣蓋發(fā)生爆炸

可燃?xì)怏w（蒸氣）或粉塵與空氣的混合物發(fā)生爆炸需具備一定的條件，即氣體的濃度達(dá)到爆炸極限范圍，其中一氧化碳燃爆的條件如下：達(dá)到爆炸極限（12.55%～74.25%）；溫度超過一氧化碳的著火點(diǎn)（650 ℃）；有足夠的氧氣供給燃燒；相對(duì)密閉的有限空間。

氫氣爆炸的條件相對(duì)簡(jiǎn)單，即氫氣與氧氣在爆炸極限范圍（4%～75%）內(nèi)遇到明火之后迅速燃燒，燃燒急驟產(chǎn)生大量的水蒸氣，在密閉的有限空間內(nèi)體積急劇膨脹，導(dǎo)致爆炸發(fā)生。

在熱燜初期產(chǎn)生大量溫度較高的水蒸氣，水蒸氣富集后形成的壓力大于大氣壓，造成大部分蒸氣從池蓋上面的排氣閥和池壁上的排氣孔排出，池內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w（CO的密度為1.25 g/L、H2的密度為0.089 9 g/L）密度都小于燜渣打水過程產(chǎn)生的水蒸氣密度（水蒸氣的密度見表2），即可燃?xì)怏w在水蒸氣的上方富集，它們會(huì)隨著蒸氣迅速地排出熱燜渣池子。

因此，在熱燜初期，池內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w都能夠迅速排出，現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行結(jié)果也表明，在熱燜初期階段不會(huì)發(fā)生爆炸。

隨著打水熱燜的工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行，爐渣的溫度逐步下降，池內(nèi)溫度降低，蒸氣量減少，它們產(chǎn)生的壓力逐步減小，高溫蒸氣降溫以后，體積減小，加上加蓋熱燜的這一工藝特點(diǎn)，如果它們的壓力低于熱燜工藝的要求，這些混合氣體就被密閉在熱燜渣渣池子內(nèi)，這時(shí)可燃?xì)怏wCO和H2就逐漸地富集在池內(nèi)的某個(gè)空間，隨著可燃?xì)怏w含量的增加，有可能達(dá)到爆炸極限范圍；同時(shí)，隨著池內(nèi)溫度和壓力降低，O2的相對(duì)濃度逐漸加大，加上鋼渣的導(dǎo)熱性差，此時(shí)如果熱燜池內(nèi)局部殘留少量紅渣，或者鄰近的熱燜池進(jìn)行翻罐作業(yè)的高溫液態(tài)渣進(jìn)入共用排氣管道或飛濺到正在燜渣的渣池氣體泄漏點(diǎn)，都存在引發(fā)燃爆的安全風(fēng)險(xiǎn)。

某鋼渣廠投產(chǎn)初期發(fā)生了2次上蓋燜渣過程中的爆炸，都是燜渣后期遇到相鄰渣池倒渣飛濺引起的，了解原因進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)后未再發(fā)生過燜渣時(shí)的爆炸事故。

2.3 打水分解燃燒導(dǎo)致燃爆

熔融液態(tài)渣含有少量的碳，在高溫狀態(tài)時(shí)與水反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，都是可燃燒氣體，工業(yè)上把這樣的混合氣俗稱“水煤氣”，其反應(yīng)式如下：

C+H2O高溫→CO+H2 （主反應(yīng)）

C+2H2O高溫→CO2+2H2 （主要副反應(yīng)）

根據(jù)某鋼渣廠發(fā)生的“3·16”事故分析，當(dāng)用集束水向熔融液態(tài)渣表面同一位置打水時(shí)，產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣與空氣中的氧氣劇烈燃燒，其反應(yīng)式如下：

2CO+O2點(diǎn)燃→2CO2

2H2+O2點(diǎn)燃→2H2O

劇烈燃燒致周圍空氣不足，火焰迅速熄滅形成負(fù)壓，大量空氣被補(bǔ)充吸入池內(nèi)，與池內(nèi)富集的一氧化碳及氫氣混合發(fā)生劇烈燃爆。

2.4 傾倒渣殼時(shí)發(fā)生爆炸

根據(jù)某鋼渣廠發(fā)生的“11·30”爆炸事故分析，渣罐存儲(chǔ)超過15 h，渣罐自然冷凝時(shí)間太長(zhǎng)而形成整體、密閉的約9 t重的渣殼，挖掘機(jī)敲罐2次，密閉渣殼高速?zèng)_向池底，渣池瞬間發(fā)生爆炸。首先池底備坑用渣水分超過10%，第一罐渣殼烘烤使池底渣之間的空隙形成和儲(chǔ)存了大量水蒸氣，池底儲(chǔ)存的水蒸氣被快速壓縮與高速下落的渣殼中高溫氣體相互碰撞，混合氣體迅速膨脹、燃爆，密閉的渣殼爆裂產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波。

3 工藝優(yōu)化方案

通過對(duì)以上事故產(chǎn)生的要因進(jìn)行分析后，確認(rèn)引起爆炸的主因是高溫液態(tài)渣和燜渣必需的水，鋼渣廠針對(duì)這一主要矛盾制定和實(shí)施一系列措施來優(yōu)化熱燜渣處理工藝，從工藝上保證生產(chǎn)過程的安全，具體工藝優(yōu)化如下。

3.1 扒渣打水工藝優(yōu)化

根據(jù)發(fā)生的原理，要防止爆噴，就要避免水分被覆蓋于液態(tài)渣下。

（1）將過去的“邊打水邊扒渣”工藝改為“打水扒渣分開”的操作，即打水的時(shí)候不扒渣，扒渣時(shí)要等到渣表面水分完全蒸發(fā)后才可操作。

（2）打水時(shí)要用散水分散打水，避免使用集束水在渣面上形成積水，也利于水分迅速蒸發(fā)。

（3）冷卻挖掘機(jī)扒渣器時(shí)，扒渣器上殘留的水分未完全蒸發(fā)不得進(jìn)行扒渣操作。

（4）使用足夠厚的干渣備坑，冷卻時(shí)間超過10 h的渣罐，渣殼不能倒入渣池。

（5）熱燜操作工打水時(shí)必須在自制的防護(hù)盾后操作，以免發(fā)生爆噴時(shí)對(duì)人造成直接傷害。

3.2 燜渣過程中的工藝優(yōu)化

（1）對(duì)渣池蓋本體和安全裝置及排氣系統(tǒng)進(jìn)行檢查和清理，使池內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w能夠及時(shí)排出。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行燜渣打水量>1.8 t水/t渣的標(biāo)準(zhǔn)，在熱燜后期要加大打水量，將池內(nèi)的溫度降低到可燃?xì)怏w的著火點(diǎn)以下，同時(shí)稀釋池內(nèi)可燃?xì)怏w的含量。

（3）扒渣作業(yè)過程中用挖掘機(jī)將紅渣徹底攪拌，使鋼渣中的碳能與空氣充分接觸燃燒，池外周圍要嚴(yán)禁明火及盡可能地避免紅渣飛濺的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）開熱燜渣池工藝參數(shù)：燜渣蓋溫度<60 ℃，CO含量<1 000 PPM。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)分析總結(jié)，揭示出熱燜渣的燃爆機(jī)理后，我們首先組織新工藝培訓(xùn)，讓職工明白了爆炸的原理，明白只有嚴(yán)格執(zhí)行安全工藝規(guī)程才能消滅燃爆事故，才有安全的作業(yè)環(huán)境。實(shí)施“打水扒渣分開”工藝后，近2年未發(fā)生打水扒渣的爆炸事故。推行燜渣過程量化標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，通過對(duì)打水量、燜渣蓋溫度、CO含量等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，目前已經(jīng)將爆炸的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低，同時(shí)提高了燜渣?；Ч?，使渣和鋼充分分離，拓寬了尾渣綜合利用的渠道。

參 考 文 獻(xiàn)

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