嚴鐵軍 張利玉 楊帆 陳杰 張軍 黎漢琪

(武漢平煤武鋼聯(lián)合焦化有限責任公司 武漢 430082)

0 引言

焦爐橋管是連接上升管與集氣管將焦爐生產(chǎn)產(chǎn)生的荒煤氣進行冷卻并導(dǎo)出的設(shè)備[1]。7.63 m橋管與集氣管間采用干式承插方式連接固定，安裝在焦爐的機側(cè)爐頂上方。與傳統(tǒng)4 m焦爐和6 m焦爐不同的是7.63 m焦爐橋管內(nèi)裝有PROven系統(tǒng)，其可通過改變荒煤氣的導(dǎo)出通道調(diào)節(jié)炭化室壓力，圖1為7.63 m上升管-橋管-集氣管連接、結(jié)焦過程氣流方向及PROven系統(tǒng)運行示意圖[2]。

圖1 系統(tǒng)運行示意

7.63 m焦爐自2008年投產(chǎn)以來，炸裂的橋管已達70個，裂縫共有110余處。橋管炸裂處不僅僅有荒煤氣逸出影響環(huán)保，同時氨水也會從炸裂處流出，滴到機側(cè)擋煙板造成擋煙板以及集氣管腐蝕，對二層臺行走及操作人員造成安全隱患，同時也影響了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境[3-4]。對炸裂較小的部分作業(yè)區(qū)采用手工電弧焊冷焊法進行了焊補修復(fù)，但是隨著爐齡的增長以及對橋管石墨的清理，橋管炸裂部位越來越大。作業(yè)區(qū)對裂紋較大處進行包焊鐵盒灌漿處理，但效果不佳，隨著裂縫的增多增大其修復(fù)難度也越來越大，這給作業(yè)區(qū)的安全和環(huán)保帶來了巨大的壓力，因此擬對炸裂橋管進行更換。

1 橋管更換過程中主要危險因素分析

7.63 m焦爐實施橋管更換作業(yè)時涉及煤氣在線作業(yè)、吊裝作業(yè)，同時環(huán)境溫度及周邊設(shè)備溫度較高。并且作業(yè)地點場地狹窄、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，為確保橋管更換過程安全、有序地開展，需對更換過程中的危險因素進行辨識并制定出相應(yīng)的控制措施和更換方案。

1.1 荒煤氣逸出導(dǎo)致中毒

傳統(tǒng)的4 m焦爐和6 m焦爐集氣管與橋管相連處有翻板座，而7.63 m焦爐橋管通過PROven系統(tǒng)與集氣管直接相連(圖2)，工作過程PROven系統(tǒng)各構(gòu)件狀況如圖2所示。

4 m和6 m焦爐在更換橋管時可關(guān)閉翻板座來隔斷集氣管與空氣；而7.63 m焦爐在更換過程中拆卸和安裝橋管時會造成集氣管與橋管連接處的開口直接和大氣相通。當集氣管吸力過低時會導(dǎo)致荒煤氣逸出，焦爐煤氣主要成分如表1所示。

表1 焦爐煤氣中的主要成分及爆炸極限 %

由表1可知CO含量占了5%～8%，泄漏后易造成現(xiàn)場作業(yè)人員煤氣中毒。同時其爆炸極限為4.5%～35.8%，燃點為600 ℃，更換橋管作業(yè)耗時長，更換過程中焦爐還在生產(chǎn)現(xiàn)場明火不易控制，因此也會有荒煤氣外泄遇明火爆燃或爆炸風險；而當荒煤氣吸力過高時會使大量空氣吸入集氣管，造成對電捕焦油器含氧超標，引起著火爆炸事故[5-6]。

1.2 高溫燙傷及中暑

7.63 m焦爐上升管筒體是由鋼板制成，其內(nèi)襯材料選用了預(yù)成型散裝澆注料防止荒煤氣與筒體鋼板直接接觸，避免溫度長期過高使筒體變形甚至坍塌，同時也能阻止荒煤氣的熱量傳導(dǎo)到外部。但是上升管外壁溫度仍有120 ℃左右，更換過程中需要多人配合，作業(yè)人員身體容易接觸到上升管外壁，造成燙傷。在更換橋管時焦爐炭化室的上升熱氣及火焰會從上升管竄到作業(yè)區(qū)域，高溫氣體及火焰會對該區(qū)域作業(yè)人員造成燙傷。

更換橋管過程從拆卸到組裝完畢需耗時5 h左右，作業(yè)地點正好位于機側(cè)爐門正上方，熱氣流上升正對作業(yè)人員。同時周邊碳化室處于結(jié)焦時間，橋管、上升管熱氣流也會向外擴散，特別是夏季，現(xiàn)場溫度較高，連續(xù)的高溫作業(yè)會導(dǎo)致作業(yè)人員的作業(yè)能力下降，甚至引起中暑。

1.3 物體打擊等傷害

更換橋管屬于立體交叉作業(yè)，由于7.63 m焦爐上升管平臺正好位于機側(cè)二層臺正上方寬度小于二層臺，高度約13 m，平臺過道為格柵板。在更換過程中小的零部件及工具較多，作業(yè)人員在更換過程中可能會造成工具從格柵板或者欄桿處墜落，打擊到在機側(cè)作業(yè)以及行走的人員，造成物體打擊傷害。由于上升管走臺處通道狹窄，而更換過程中瓦工、計控人員以及機修人員都在現(xiàn)場，在取出坨桿、清理承插槽及拆卸橋管時都需要多人配合，站位不當或者不注意也會造成工器具對人的傷害。橋管在裝卸過程需要100 t吊車配合吊裝，因此也存在起重傷害的風險。

2 采取的關(guān)鍵安全措施

2.1 控制集氣管吸力、封堵橋管孔洞

7.63 m焦爐每座焦爐吸氣管分3段，集氣管壓力設(shè)計為-250～-380 Pa，以保證生產(chǎn)過程中炭化室壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。橋管更換過程中其它炭化室還在產(chǎn)出荒煤氣，為了避免荒煤氣泄漏，保證作業(yè)人員安全以及因吸力不足引起的爐門、爐框冒大煙甚至引起放散所帶來的環(huán)保風險。更換橋管時，作業(yè)段的集氣管吸力調(diào)整到-80～-100 Pa，在吊、裝和清理集氣管孔洞法蘭積臟過程中，焦爐停止出焦。

在橋管拆卸的過程中PROven系統(tǒng)的砣桿不需要拿出，因此要快速堵上集氣管開口，使用圖3所示特制盲板。

圖3 特制盲板

特制盲板是由兩個同心圓環(huán)沿直徑劃分組成，大圓環(huán)直徑為1 040 mm(大于集氣管與橋管的連接口)，中間開孔為200 mm；小圓環(huán)直徑為300 mm，中間開孔的小圓半徑為30 mm(略大于砣桿半徑)。在橋管吊出后，2個作業(yè)人員可快速用抹了黃油的特制的盲板將集氣管上孔洞封堵起來，砣桿與盲板縫隙以及2個半圓拼接縫隙處用濕石棉布搭在上面，防止荒煤氣溢出或者空氣進入。2個同心圓環(huán)是為了方便在清理承插口時可以挪動盲板的同時也不會造成出現(xiàn)間隙。

在堵集氣管法蘭盲板、清理集氣管法蘭面臟物時，為防止壓力波動荒煤氣逸出，作業(yè)人員必須佩帶空氣呼吸器。通過以上措施有效防止了荒煤氣的溢出及壓力波動造成人員中毒，同時避免吸入過多氧氣對電捕焦油器有影響。

2.2 采用風管壓火

更換橋管前，相應(yīng)炭化室推完空爐后還處于紅熱狀態(tài)，炭化室爐頂空間溫度有850 ℃左右(也即上升管根部)，而焦爐上升管出口處與大氣接觸產(chǎn)生了空氣密度差，于是形成壓力差產(chǎn)生上升管處熱氣流，也即為煙囪效應(yīng)。因此，上升管出口的壓力可根據(jù)下式計算。

P=H(ρ空-ρ熱)g-Σ△p

式中，ρ空為通常情況下(20 ℃時)空氣密度，1.205 kg/m3；ρ熱為上升管根部氣體密度，取溫度為850 ℃，根據(jù)伯努利方程PV=nRT，得出ρ熱=0.314 kg/m3；Σ△p為上升管根部至上升管口外的總阻力；7.63 m焦爐上升管分為5段，總高H=5 500 mm；假設(shè)過程阻力為零，根據(jù)上式可算出上升管出口最大壓力P=48.07 Pa。而7.63 m焦爐所用動力風壓力為0.4～0.5 MPa，遠大于上升管出口壓力。

因此，在推完焦后準備更換前打開相應(yīng)炭化室的3、4眼爐口，用風管插入上升管內(nèi)并用鐵絲等固定牢靠，打開動力風壓制住上竄的氣流，以防止上升管竄火及熱氣流傷人。在打開的爐口上蓋一個特制的篦子防止爐頂測溫工、爐蓋工等作業(yè)人員行走時不注意掉入炭化室。同時作業(yè)過程作業(yè)人員必須穿好工作服及手套，加強人員輪換，現(xiàn)場備用防暑降溫藥品，防止人員中暑。

2.3 加強作業(yè)過程安全管理

為了防止作業(yè)過程交叉作業(yè)高空墜物造成的物體打擊及吊裝過程造成的起重傷害，交接班時告知作業(yè)區(qū)內(nèi)人員，嚴禁在更換橋管爐號二層臺及大車道區(qū)域行走或逗留。同時在二層臺及大車道吊裝區(qū)域設(shè)置警戒線，并設(shè)置專人監(jiān)護，防止其他人員進入作業(yè)區(qū)域，作業(yè)過程嚴格按照作業(yè)方案進行，吊裝時辦理危險作業(yè)手續(xù)并落實安全措施[7]。

3 橋管更換方案

7.63 m橋管更換步驟主要分4部分：儀表及機械拆除、橋管吊出、新橋管回裝、儀表及機械恢復(fù)，更換的橋管提前預(yù)排計劃，夜班推焦后空爐。具體工藝處理及施工步驟：

(1)檢修前參加檢修人員及相關(guān)準備工作到位。根據(jù)實際情況，提前1天拆卸或盤活相關(guān)螺栓。

(2)開4眼爐口，用2根風管插入上升管內(nèi)并固定牢靠，防止上升管竄火。

(3)檢修前三方確認：動火作業(yè)許可證辦理；生產(chǎn)工藝確認處理完畢；電氣儀表及生產(chǎn)確認已消除相關(guān)連鎖；工機具到場，自制支架、盲板運到預(yù)先指定位置(橋管支架和自制底座架放到離100 t吊車10 m范圍內(nèi)；盲板、1.5 m2石棉布運到上升管平臺)，通知三回收，調(diào)整電捕工況。

(4)拆除橋管上的各框架，同時拆除橋管與上升管的連接螺栓。

(5)拆除儀表電源線、氣源管線、大小氨水管、工業(yè)水管，蒸汽管；拆除閥門定位器、壓力表、和PROven調(diào)節(jié)氣缸；拆除電纜線槽以及各管連接接頭。

(6)嚴格調(diào)控集氣管壓力，設(shè)定為-80～-100 Pa，保持自動調(diào)節(jié)，但中控、現(xiàn)場人員要高度觀察吸力變化，并用對講機向現(xiàn)場指揮人員匯報，根據(jù)實際需要，及時調(diào)整壓力，若吸力波動大，立即暫停作業(yè)，待吸力穩(wěn)定后，繼續(xù)作業(yè)，同時通知回收作業(yè)區(qū)監(jiān)控煤氣含氧量。

(7)取出橋管承插口處石棉繩，吊裝工作準備就緒，吊出橋管并放在制作的橋管架上。吊裝前，焦爐停止生產(chǎn)。

(8)吊出后盡快用抹了黃油的盲板和濕石棉布將集氣管上和上升管的孔洞封堵起來，同時在盲板附近蓋上陶瓷纖維毯。

(9)安排2名人員，清理橋管承插口處焦油、石棉繩、積渣，清理時不要大面積移開盲板，清一點、移一點。

(10)清理橋管承插口同時，將舊橋管上的U型架等部件拆除并安裝到新的橋管上(新橋管提前連接好皇冠管)，做好回裝準備。

(11)橋管回裝前抽掉盲板，回裝后螺栓連接緊固好。

(12)橋管根部承插口用石棉繩密封(φ40 mm石棉繩，并提前浸泡)。

(14)橋管上各框架回裝焊接，螺栓連接。首先將快注管道連接好，然后打開氨水，上升管和橋管裝密封墊，螺絲緊固；各儀器儀表回裝接線。

(15)將PROven系統(tǒng)砣桿調(diào)節(jié)好；杯閥與氣缸連接并調(diào)試；送電、送氣、打開閥門，各儀表調(diào)試恢復(fù)。

(16)橋管根部承插口放入石棉繩澆注瀝青密封。

(17)待檢修全部結(jié)束，并確認杯閥調(diào)節(jié)正常后，炭化室安排裝煤，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

4 結(jié)論

7.63 m焦爐橋管更換為國內(nèi)首次，作業(yè)區(qū)對更換過程中危險因素進行了全面辨識。通過控制吸力以及用涂布黃油的特制的盲板和濕石棉布將集氣管上和上升管的孔洞封堵起來避免了荒煤氣的溢出和空氣的吸入；通過開3、4眼爐口，用風管插入上升管內(nèi)并固定牢靠有效壓制了竄出的高溫氣體及火焰，同時科學制定作業(yè)方案，加強現(xiàn)場作業(yè)過程中的人員管理與安全措施的確認，使7.63 m橋管更換安全順利完成。在對橋管進行更換后，作業(yè)現(xiàn)場無冒煙，無氨水泄露，員工作業(yè)環(huán)境得到了極大改善。同時在更換過程中積累了寶貴的經(jīng)驗，為下一步其他橋管的處理打下了堅實的基礎(chǔ)，同時給國內(nèi)同行提供了借鑒。