一起噴煤車(chē)間煤粉倉(cāng)爆燃的原因分析及對(duì)策

趙春輝，王 輝

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司安全監(jiān)督部，新疆烏魯木齊 830022）

1 事故經(jīng)過(guò)

某鋼廠噴煤車(chē)間1#磨機(jī)2#布袋箱體發(fā)生一起爆燃事故，造成煤粉倉(cāng)布袋箱體破損、3#皮帶通廊墻體傾斜損壞，噴煤Ⅰ系列停機(jī)202 h，直接經(jīng)濟(jì)損失27.3萬(wàn)元。事故經(jīng)過(guò)如下：

2013年3月11日上午10:30，噴煤車(chē)間按計(jì)劃安排1#磨機(jī)檢修，處理牙箱漏油及焊補(bǔ)上粉管砂眼。停機(jī)前全系統(tǒng)處于滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)（制粉量約35 t/h）。11：42分操作工開(kāi)始進(jìn)行1#磨機(jī)停機(jī)前的操作，改廢氣降溫，減負(fù)荷制粉，對(duì)磨機(jī)、布袋充氮惰化，根據(jù)溫度參數(shù)停磨機(jī)，停氮?dú)?，打開(kāi)煤矸石門(mén)，點(diǎn)動(dòng)磨機(jī)，排磨機(jī)內(nèi)煤矸石。11：59分2#布袋箱發(fā)生爆燃，同時(shí)造成了噴煤主控樓第7層的二次爆燃，監(jiān)控畫(huà)面顯示系統(tǒng)氧含量和溫度瞬間達(dá)到上限?，F(xiàn)場(chǎng)處于燃燒狀態(tài)的煤粉遍布各處。各層建筑物玻璃碎裂飛落到100 m范圍內(nèi)的地面。12：04分，2#磨機(jī)緊急停機(jī)；12：07分3#磨機(jī)緊急停機(jī)。全系統(tǒng)充氮惰化，布袋、粉倉(cāng)進(jìn)行循環(huán)充氮至全系統(tǒng)斷電，當(dāng)班人員手動(dòng)打開(kāi)充氮閥并使其處于常開(kāi)狀態(tài)。隨后消防隊(duì)員趕至現(xiàn)場(chǎng)，兩小時(shí)后將各處燃燒的煤塵撲滅。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

該廠噴煤車(chē)間于1994年8月投產(chǎn)，共有1#、2#、3#三個(gè)磨機(jī)，同時(shí)向4座430 m3高爐供料。其中2#磨機(jī)為正壓操作系統(tǒng)，1#、3#為負(fù)壓操作系統(tǒng)。2007年，由于高爐改擴(kuò)建需求，將3#磨機(jī)由原來(lái)的5 t改造為現(xiàn)在的15 t球磨機(jī)。自2012年8月以來(lái)，由于提升煤比節(jié)焦降耗的要求日益提高，對(duì)噴煤制粉產(chǎn)能要求不斷增長(zhǎng)，可卻同時(shí)面臨著原料煤的揮發(fā)分變化較大，設(shè)備缺陷較多的現(xiàn)狀，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)一定困難。其工藝流程如圖1。

3 煤粉爆炸原理分析

3.1 煤粉爆炸的三個(gè)條件

（1）含氧量。煤粉在容器內(nèi)燃燒后體積膨脹，壓力升高，氣壓力超過(guò)容器的抗壓能力時(shí)，容器爆炸。容器內(nèi)氧濃度越高，越有利于煤粉燃燒，爆炸力越大?？刂蒲鹾靠煽刂浦紬l件，即控制煤粉的爆炸條件。因此噴吹煤粉時(shí)必須嚴(yán)格控制氣體中的氧濃度。

圖1 工藝流程示意圖

（2）煤粉的懸浮濃度。煤塵分散形成懸浮狀態(tài)，并在系統(tǒng)介質(zhì)中達(dá)到一定的煤塵濃度，才有可能爆炸。爆炸濃度取決于煤塵的化學(xué)性質(zhì)、塵粒大小及介質(zhì)氧含量等。煤粉在收集、輸送、倒罐裝料等過(guò)程中都將不同程度地被輸送介質(zhì)所分散，而在局部空間以煤粉云狀態(tài)懸浮著，其煤塵既無(wú)法消除，濃度也無(wú)法控制，因此要消除這一爆炸條件是極為困難的。懸浮的煤粉與空氣或其他氧化劑混合極易發(fā)生爆炸，最明顯的規(guī)律是隨揮發(fā)分增加，其爆炸性也增加。一般認(rèn)為煤粉Vdaf<10%為基本無(wú)爆炸性煤，10%25%為強(qiáng)爆炸性煤。

（3）溫度達(dá)到著火點(diǎn)。給煤塵提供足夠的點(diǎn)火能量，使溫度達(dá)到煤粉的最低著火溫度而引起爆燃。煙煤煤塵的長(zhǎng)期沉積、煤粉運(yùn)輸中摩擦升溫、靜電火花以及外來(lái)火源等都可提供煤塵的引爆能量。煤粉燃燒經(jīng)歷以下步驟：升溫—揮發(fā)分排出—熱分解—分解產(chǎn)物燃燒。

3.2 控制系統(tǒng)中氧含量是切斷爆炸事故鏈的最關(guān)鍵因素

從磨煤機(jī)系統(tǒng)中排出的氧氣量Oex，可由氧氣量的平衡求得，即進(jìn)入磨煤機(jī)系統(tǒng)的氧氣量等于從磨煤機(jī)中排出的氧氣量：

式中，Oa——升溫爐煙氣中的剩余氧量，m3/h；

Ob——鼓入磨煤機(jī)密封氣中的氧量，m3/h；

Oc——漏入磨煤機(jī)冷空氣中的氧量，m3/h；

Od——漏入布袋冷空氣中氧量，m3/h；

Oex——排放煙氣中的氧量，m3/h。

排放煙氣的含氧率O2%為：

式中，Vex——排放煙氣量，m3/h。

磨煤機(jī)入口、磨煤機(jī)出口、布袋出口、主排風(fēng)機(jī)出口各個(gè)點(diǎn)的煙氣中含氧率都不相同。在一般情況下，排放煙氣中的含氧率最高，把這一點(diǎn)的含氧率稱為系統(tǒng)含氧率。根據(jù)《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》規(guī)定，磨煤機(jī)負(fù)壓系統(tǒng)末端的設(shè)計(jì)氧含量應(yīng)≤12%。

4 針對(duì)此次事故的具體原因分析

對(duì)噴煤車(chē)間此次煤倉(cāng)爆燃事故，利用5M1E（人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)）展開(kāi)分析如下：

4.1 人員的因素

（1）專業(yè)技術(shù)人員制定的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)未根據(jù)工藝條件的變化，及時(shí)更新作業(yè)要求。

（2）作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求充氮惰化時(shí)間為10min，而此次停機(jī)充氮惰化為4min。

4.2 設(shè)備的因素

（1）噴煤磨煤機(jī)托盤(pán)部位漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致磨煤機(jī)出口氧含量不能有效控制，影響系統(tǒng)安全。

（2）布袋箱體泄爆孔處的私自換裝的膠帶片未起到應(yīng)有的泄爆作用是造成閃爆事故擴(kuò)大成爆燃，導(dǎo)致布袋箱體爆開(kāi)。根據(jù)GB567-1999《爆破片與爆破片裝置》及TSG《爆破片技術(shù)規(guī)定》的相關(guān)條款，爆破片須經(jīng)專業(yè)部門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)并按照使用說(shuō)明進(jìn)行檢測(cè)、安裝、使用。而此次2#布袋箱體防爆裝置2005年底未經(jīng)評(píng)審改為0.8mm的膠帶片，原設(shè)計(jì)為濾袋箱防爆門(mén)。

4.3 原料的因素

噴煤原煤煤質(zhì)管理存在不足，造成近期使用的原配揮發(fā)份較高，最低20%，最高35%，平均31.2%，屬于高易燃易爆原料煤。自2012年9月原煤直供后，入廠原煤僅進(jìn)行工業(yè)分析后即進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，未對(duì)其可磨性及工藝特性（爆炸特性、著火點(diǎn)）進(jìn)行相應(yīng)分析。期間新老區(qū)高爐也已發(fā)生多次煤粉自燃及噴煤軟管爆管事故：

2012年12月13日一煉鐵噴煤5#皮帶通廊底部夾層煤粉自燃。

2012年12月25日～29日二煉鐵噴煤噴吹軟管連續(xù)爆管9次（煤粉閃爆）。

2013年1月～2月二煉鐵噴煤噴吹軟管爆管2次（煤粉閃爆）。

4.4 方法的因素

停機(jī)時(shí)系統(tǒng)含氧量控制操作管理存在嚴(yán)重缺陷。停機(jī)時(shí)磨機(jī)氧含量4.66%，布袋氧含量8.01%，負(fù)壓系統(tǒng)末端已達(dá)到14.5%，各處含氧量均已超標(biāo)。按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求磨機(jī)含氧量≤4.5%，布袋出口含氧量≤8%，根據(jù)GB 16543-2008《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》之7.3.1規(guī)定：制備煤粉時(shí)，負(fù)壓系統(tǒng)末端氣體的氧含量不應(yīng)大于12%。

（1）磨機(jī)停機(jī)后點(diǎn)動(dòng)排矸石的操作：此操作是停氮后將排矸石門(mén)打開(kāi)，會(huì)造成磨機(jī)內(nèi)進(jìn)入空氣。而磨機(jī)點(diǎn)動(dòng)排矸石操作時(shí)，磨球碰撞產(chǎn)生火花是造成煤粉閃爆的點(diǎn)火因素。作業(yè)指導(dǎo)書(shū)對(duì)此項(xiàng)操作危害未識(shí)別到位。

（2）磨機(jī)檢修時(shí)，排煙風(fēng)機(jī)未停，只是將其風(fēng)門(mén)關(guān)閉（不能完全切斷風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系）。系統(tǒng)仍處于負(fù)壓狀態(tài)，由于磨機(jī)與箱體未有效隔離，磨機(jī)停機(jī)后造成系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)。作業(yè)指導(dǎo)書(shū)未明確要求磨機(jī)停機(jī)時(shí)排煙風(fēng)機(jī)停機(jī)，避免空氣進(jìn)入。

4.5 環(huán)境的因素

（1）噴煤主廠房及通廊內(nèi)存有積粉，造成此次閃爆后，二次爆炸，沖擊波造成3#皮帶通廊磚混結(jié)構(gòu)的墻體傾斜，各層玻璃破碎飛濺。

（2）主廠房設(shè)計(jì)不符合GB 16543-2008《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》之5.2.3規(guī)定。封閉式廠房通風(fēng)效果較差，現(xiàn)場(chǎng)有積粉。

（3） 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)使用的消防栓，不符合GB 16543-1996《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》，不應(yīng)使用噴射水柱滅火。

4.6 測(cè)量的因素

（1）噴煤系統(tǒng)氧含量檢測(cè)方式為循環(huán)間歇式。由于不能連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)氧含量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此導(dǎo)致操作工在磨機(jī)操作上只能依據(jù)充氮時(shí)間來(lái)做為系統(tǒng)能否開(kāi)停機(jī)的判斷依據(jù)。

（2）由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低，部分檢測(cè)設(shè)備未能及時(shí)標(biāo)定，檢測(cè)數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)確，檢測(cè)儀表的系統(tǒng)靈敏性差。

4.7 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，進(jìn)一步分析

（1）檢修時(shí)磨機(jī)與箱體未有效隔斷且排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)未有效與系統(tǒng)隔離，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)是造成此次事故的直接原因。

（2）開(kāi)、停磨機(jī)的為控制含氧量而進(jìn)行的操作不當(dāng)是此次事故的主要原因。

（3）對(duì)磨機(jī)開(kāi)、停機(jī)過(guò)程中習(xí)慣性違章操作監(jiān)督不力，在制粉系統(tǒng)運(yùn)行中的充氮惰化控制管理上存在失察的行為，是造成此次閃爆事故的重要管理原因。

（4）對(duì)煙煤噴吹安全管理方面存在認(rèn)識(shí)不足，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范缺失，導(dǎo)致噴煤在生產(chǎn)及檢修過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行掌控不力，是造成此次閃爆事故的另一管理原因。

5 對(duì)應(yīng)的防范措施

5.1 人員因素

（1）根據(jù)工藝條件的變化，及時(shí)更新作業(yè)要求。

（2）確保系統(tǒng)氮?dú)舛杌浞帧Ｔ谙到y(tǒng)氧含量連續(xù)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)充氮設(shè)備未安裝前，保證正常及異常停機(jī)時(shí)的惰化時(shí)間（15～20min）。

5.2 設(shè)備因素

（1）對(duì)系統(tǒng)漏風(fēng)點(diǎn)（風(fēng)機(jī)、波紋管、反吹風(fēng)機(jī)等各處）進(jìn)行全面排查和處理，降低磨機(jī)入口廢氣含氧量。

（2）對(duì)布袋箱體的防爆膜進(jìn)行全面檢查，按照規(guī)范（GB/T15605）將不合格的防爆膜全部進(jìn)行更換并建立防爆膜的點(diǎn)檢及每年進(jìn)行更換的制度。

5.3 原料因素

將原料煤中的焦粉配入兩由原來(lái)的10%提高到25%～30%，降低磨機(jī)中煤料的揮發(fā)份，降低其易燃易爆性。

5.4 方法因素

（1）更改作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中關(guān)于磨機(jī)停機(jī)檢修時(shí)點(diǎn)動(dòng)排矸石操作?？煽壳袛嗄C(jī)廢氣，磨機(jī)點(diǎn)動(dòng)操作時(shí)保證磨室內(nèi)微正壓狀態(tài)（充氮不停，略控氮?dú)猓_(kāi)矸石門(mén)操作時(shí)必須兩人以上（佩戴檢測(cè)儀器），一人工作一人監(jiān)護(hù)，并做好個(gè)體防護(hù)。

（2）磨機(jī)檢修時(shí)，停排煙風(fēng)機(jī)（低壓風(fēng)機(jī)）或加裝盲板閥（高壓風(fēng)機(jī)），以減少停機(jī)后系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)。磨機(jī)檢修時(shí)，將磨機(jī)與箱體做隔離，以避免管路系統(tǒng)存在負(fù)壓狀態(tài)時(shí)形成懸浮煤塵。

（3）在操作方面采取限制空氣進(jìn)入系統(tǒng)的措施：

（a）保持原煤倉(cāng)內(nèi)有足夠的堆煤高度。

（b）控制升溫爐助燃空氣過(guò)剩系數(shù)不超過(guò)1.1。

（c）維持磨煤機(jī)入口在-0.5kPa～-1.0kPa范圍內(nèi)的低負(fù)壓操作。

（d）當(dāng)磨煤機(jī)停磨，而不能做到清空機(jī)內(nèi)所有煤粉時(shí)，在磨煤機(jī)啟動(dòng)和停止過(guò)程中要向系統(tǒng)內(nèi)充入適量氮?dú)?，使磨煤機(jī)系統(tǒng)在啟動(dòng)和停止過(guò)程中的系統(tǒng)含氧率也能達(dá)到≤12%。

5.5 環(huán)境因素

（1）對(duì)噴煤主廠房及通廊內(nèi)的積粉每?jī)稍逻M(jìn)行全面清掃，對(duì)地面積粉每班次進(jìn)行沖洗或拖洗。

（2）加強(qiáng)廠房的通風(fēng)，將噴煤主樓的六、七層窗戶全部打開(kāi)，拆除部分墻體。

5.6 測(cè)量因素

（1）確保制粉系統(tǒng)本質(zhì)化安全，安裝系統(tǒng)含氧量在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、報(bào)警及超限自動(dòng)充氮裝置。制粉系統(tǒng)氧濃度檢測(cè)改為實(shí)時(shí)檢測(cè)，全部聲光報(bào)警。

（2）按時(shí)對(duì)溫度、氧含量等檢測(cè)儀表進(jìn)行標(biāo)定和維護(hù)及更新，確保檢測(cè)儀表的準(zhǔn)確性和靈敏性。

5.7 事故預(yù)案管理

（1）規(guī)范使用噴煤系統(tǒng)消防設(shè)備。布袋收粉器著火時(shí)，應(yīng)立即停車(chē)，堵住通向煤粉倉(cāng)的煤粉通道，通入氮?dú)饣蛴脺缁鹌鳒缁稹?/p>

（2）重新對(duì)《噴煤系統(tǒng)火災(zāi)、爆炸事故預(yù)案》進(jìn)行系統(tǒng)梳理，明確信息上報(bào)流程和緊急處置方法，明確各層級(jí)的職責(zé)，更新聯(lián)絡(luò)方式，提高應(yīng)急預(yù)案的可操作性，確保應(yīng)急處置能力。

6 對(duì)策與措施

（1）對(duì)于噴煤系統(tǒng)操作、檢修全面梳理，制定有效的操作管理規(guī)范。

（2）建立對(duì)噴煤作業(yè)區(qū)關(guān)鍵控制點(diǎn)的巡查制度。安全、設(shè)備、工藝專工每日對(duì)噴煤區(qū)域的作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行巡檢。工藝紀(jì)律檢查中對(duì)含氧量及溫度參數(shù)進(jìn)行檢查并對(duì)噴煤配煤結(jié)構(gòu)每周進(jìn)行1～2次抽檢。

（3）根據(jù)GB 16543-2008《高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程》7.3.4之規(guī)定：煤種變化時(shí)應(yīng)分析煤粉揮發(fā)份、測(cè)定煤粉著火溫度和返回火焰長(zhǎng)度。分公司協(xié)同相關(guān)部門(mén)做好配煤結(jié)構(gòu)相關(guān)安全性的試驗(yàn)并確定煙煤噴吹的原煤的使用標(biāo)準(zhǔn)。原煤使用前及煤種變化時(shí)應(yīng)分析煤粉揮發(fā)分、測(cè)定煤粉著火溫度和返回火焰長(zhǎng)度及爆炸性試驗(yàn)等以此來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)并完善高爐煙煤的使用標(biāo)準(zhǔn)。

（4）規(guī)范開(kāi)停機(jī)實(shí)行作業(yè)票制度和人員疏散制度，增設(shè)無(wú)線指令系統(tǒng)。

（5）噴煤煤量增大，噴吹罐倒罐頻繁，防爆膜疲勞強(qiáng)度和耐壓等級(jí)降低，爆破、更換頻繁，存在極大安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須及時(shí)對(duì)壓力容器及安全附件進(jìn)行檢測(cè)和探傷。

（6）必須選用正規(guī)廠家制造的相應(yīng)泄爆等級(jí)的爆破片，系統(tǒng)內(nèi)的安全附件決不能隨意替代，必須嚴(yán)格按照規(guī)范使用、維護(hù)和更新。

（7）噴煤制粉系統(tǒng)廢氣量不足，使用3#爐廢氣氧含量超高，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。因此，需在熱風(fēng)爐廢氣總管加裝煙道閥（電動(dòng)可調(diào)節(jié)），確保制粉廢氣使用安全平穩(wěn)。

（8）制粉系統(tǒng)檢修作業(yè)時(shí)，煤氣系統(tǒng)不能可靠切斷，作業(yè)人員安全不能保障。因此，需在制粉磨煤機(jī)入口安裝便于插盲板的金屬軟連接，檢修時(shí)安插盲板，可靠切斷煤氣源，保障作業(yè)人員安全。

（9）制粉給煤機(jī)插板閥手動(dòng)操作頻繁，人機(jī)接觸頻次高，安全風(fēng)險(xiǎn)大。因此，應(yīng)將插板閥改為電液推動(dòng)，減少人機(jī)接觸頻次，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

（10）噴吹系統(tǒng)未設(shè)置氧含量檢測(cè)點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)安裝氧含量檢測(cè)裝置。

（11）根據(jù)規(guī)范5.6.5之規(guī)定：廠房?jī)?nèi)設(shè)水霧式滅火系統(tǒng)或蒸汽滅火系統(tǒng)，煤粉容器內(nèi)設(shè)二氧化碳或磷酸鹽類滅火裝置或系統(tǒng)。

（12）對(duì)煤粉倉(cāng)安裝泄爆導(dǎo)流管。

[1]GB50607-2010.高爐噴吹煤粉工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB16543-2008.高爐噴吹煙煤系統(tǒng)防爆安全規(guī)程[S].

[3]GB/T17919-1999.粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所用收塵器防爆導(dǎo)則[S].

[4]TSG ZF003-2011.爆破片裝置安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[5]GB567-1999.爆破片及爆破片裝置[S].

[6]GB/T16505-2008.粉塵爆炸泄壓指南[S].