基于?；肺ｋU源辨識的燃煤電廠系統安全分析

四川電力設計咨詢有限責任公司 吳凌峰 張洋｜文、圖

燃煤電廠生產安全事故可造成人員傷亡、設備損壞、影響電網穩(wěn)定供電等系列不利后果。為防止和減少燃煤電廠生產安全事故，保障電廠安全運行及電網穩(wěn)定，需對燃煤電廠整個系統的安全風險、事故后果進行綜合分析、評估。

國內目前對于燃煤發(fā)電廠/項目安全風險控制的策略，主要集中在兩個方面：一方面是通過各種安全風險評估方法評估電廠現狀，再根據風險規(guī)避、轉移、預防、抑制、自留、應急等原則提出針對性風險控制措施；另一方面是對電廠某一工藝系統進行評估，然后針對該工藝系統提出針對性控制措施。燃煤發(fā)電廠是一個復雜系統，其安全風險水平是系統內各工藝系統綜合作用的結果，其事故傳播和發(fā)展是一個動態(tài)過程，故基于項目建設、運維全生命周期的系統危險源辨識，對于發(fā)電廠本質安全控制具有重要意義。本文基于燃煤發(fā)電項目建設、調試運行實踐，以?；肺ｋU源辨識為主線，對燃煤發(fā)電廠系統進行安全分析和總結。

燃煤電廠生產工藝及系統

燃煤發(fā)電廠主要生產流程是：煤在鍋爐中燃燒將水加熱成蒸汽，蒸汽帶動汽輪機轉動，將熱能轉化為機械能，再由汽輪機帶動發(fā)電機轉動，將機械能轉化為電能，電能經升壓并網供生產生活使用。燃煤發(fā)電廠按其輸出能源類型可分為凝氣式發(fā)電廠和熱電廠兩種，凝氣式發(fā)電廠僅發(fā)電，而熱電廠不僅發(fā)電還提供熱能，即向周圍居民供暖等。按照裝機容量分為小容量、中容量、大中容量及大容量燃煤發(fā)電廠，為滿足節(jié)能低碳環(huán)保要求，目前普遍推行“上大壓小”政策，大力整治小容量機組，優(yōu)先發(fā)展大容量機組和新能源。圖2為一般的燃煤發(fā)電廠工作示意圖。

圖1 某燃煤發(fā)電廠

圖2 燃煤電廠工藝流程示意簡圖

燃煤發(fā)電廠生產原材料主要有原煤、水、石灰石粉、氨、聯氨、鹽酸、氫氧化鈉、柴油等，副產品主要有石子煤、灰渣、石膏等；工藝系統（如圖3示意）主要包括：輸（運）煤系統、制粉系統、鍋爐系統、汽輪機系統、熱力系統、電氣系統、煙氣脫硫脫硝系統、除灰渣系統、熱工自動化系統、化學水處理系統、暖通空調系統、燃油儲運設備及其系統等；危險物質有煤粉、液氨、輕柴油以及酸堿等化學物品。因此，存在爆炸、火災、高溫灼燙、中毒、機械傷害、觸電等危險因素，可能引發(fā)儲煤場火災、輸煤皮帶燃燒、磨煤機潤滑油高溫燃燒、柴油儲罐燃燒爆炸、爐膛爆炸、鍋爐尾部再次燃燒、汽輪機軸承設備燒損損壞、儲氨罐及氨系統火災爆炸、發(fā)電機氫系統火災爆炸等事故。

圖3 燃煤發(fā)電廠生產工藝流程圖

燃煤電廠危化品危險源辨識及系統安全分析

危險有害因素的辨識是進行安全管理、事故預防和風險控制的先決條件，遵從科學性、系統性、全面性和預測性原則，流程一般涉及：收集辨識對象相關資料（如工藝流程圖、原始材料、產品、副產品物質資料等）；劃分系統單元；分析各劃分單元潛在危險有害因素；匯總分析結果。

下面基于燃煤電廠工藝原理、流程及系統的危險源辨識，對與?；逢P聯性較大的系統進行安全分析，根據其工藝可重點對鍋爐設備及其系統、汽輪機設備及其系統、化學水處理系統、煙氣脫硫系統、煙氣脫硝系統、燃油儲運設備及其系統等進行分析，并基于風險辨識結果，細化安全風險分級管控措施，網格化安全管理；加強危化品安全專項檢查；開展危化品專題安全培訓和交底；正確配置、使用安全防護用品（呼吸器、防護服、氧氣濃度報警儀、CO濃度報警儀等），多措并舉，管控風險。

燃煤儲運、制粉設備及其系統

燃煤儲運、制粉系統是燃煤發(fā)電廠的重要組成，該系統涉及的危險性較大的物質是煤粉，《危險貨物名表》里雖沒有煤粉，但其屬于有爆炸性的粉塵，粉塵濃度如達到煤粉爆炸極限將可能引起煤粉爆炸，鑒于其危險性較大，亦類比危險化學品進行分析和管控。

大量的燃煤在原筒倉堆放時如管理不善、通風不足，可能導致熱量積聚，引發(fā)燃煤自燃造成火災事故；同時燃煤在通過輸送機、輸煤皮帶輸送或者停止上煤時，若散落的煤粉未及時清理積聚可能會引起自燃；若將帶有火種或溫度較高的煤通過輸煤皮帶輸送，有可能造成輸煤皮帶著火；輸煤皮帶在運行過程中由于長時間運作摩擦發(fā)熱、氣溫較高等因素也可能引起皮帶或其上的煤燃燒。在進行檢修時，如管理技術措施不善，氣割、氣焊等產生的焊渣掉落在輸煤皮帶上，可能引起火災。另外，在使用揮發(fā)分高的煤時上述的潛在火災風險將更大。

制粉設備長期煤粉積聚、制粉設備泄漏、未定期吹掃或煤粉未吹掃干凈，長期累積，可能發(fā)生煤塵自燃，造成火災事故，當煤粉濃度達到煤粉爆炸極限，啟動制粉系統時可能會發(fā)生煤粉爆炸。在檢修作業(yè)時，一定濃度、溫度下的煤粉遇到明火時容易發(fā)生爆炸。制粉設備爆炸時，高溫煤粉隨沖擊波噴出，可能引起周圍電纜、電線等可燃物的燃燒，造成二次事故。另外，磨煤機潤滑油如果發(fā)生泄漏，浸入保溫層，在長期高溫的條件下，容易引起潤滑油燃燒造成火災事故。

圖4 進入危險受限空間作業(yè)穿防護服、佩戴氧氣、煤氣濃度報警儀

圖5 進入危險受限空間作業(yè)佩戴呼吸器

在檢修作業(yè)中，如果原煤斗、磨煤機等未進行有效、完全通風，可能造成檢修人員中毒窒息。

燃油貯運設備及其系統

燃煤發(fā)電廠點火及助燃油系統一般使用0號輕柴油，其閃點≥55 ℃，蒸氣爆炸下限只有0.5%～1.1%，比較容易發(fā)生火災、爆炸事故。柴油在燃煤電廠一般儲存在油罐區(qū)，當油罐冒頂、開裂，在燃油使用和運輸過程中發(fā)生跑、冒、滴、漏等情況下可能引起火災、爆炸事故。檢修作業(yè)時，如果通風不充分，蒸發(fā)出來的油氣聚集，遇明火可能發(fā)生爆炸事故。油罐區(qū)未嚴格按照要求采用防爆設備，可能引起電氣火災、爆炸事故，還可能造成二次事故。如果安全管理技術措施不完善，靜電、金屬撞擊、雷擊、摩擦等都可能成為火災、爆炸事故的直接原因。另外，如果廠址處于夏季溫度較高區(qū)域，如果不能有效通風、采取降溫措施，即使沒有其他誘因，也可能發(fā)生火災。

鍋爐設備及其系統

鍋爐是將燃料的內能轉化為熱能的設備，屬于壓力容器設備，具有一定的爆炸危險性。鍋爐在燃燒煤粉的過程中時刻都在承受著高溫和高壓，鍋爐質量不合格、設計不合理、原材料質量不合格、烘爐、酸洗不充分、誤操作等問題，都有可能導致鍋爐運行差錯，甚至發(fā)生爆炸事故。常見的鍋爐事故類型主要有爐膛爆炸、“四管”爆漏、爐膛結焦等。

爐膛燃爆：當出現設備故障，自動保護裝置、聯鎖裝置不操作或誤操作，員工操作失誤等情況時，鍋爐爐膛內部均有可能產生爐膛燃爆現象。未將鍋爐爐膛或煙道內的爆炸性混合物清掃干凈便將鍋爐點火，或者鍋爐的燃燒系統內部存在不完全燃燒或燃燒不良，未完全燃燒的爆炸性混合物積聚在鍋爐煙道和尾部，鍋爐爐膛、煙道等結構設計不合理等等情況，均會導致鍋爐爐膛燃爆等情況的發(fā)生。

“四管”爆漏：“四管”一般是指過熱器、再熱器、省煤器和水冷壁?？梢砸稹八墓堋北频囊蛩剌^多，其中材質問題、大面積腐蝕、長期過熱、爐膛內部結焦等是導致“四管”爆炸的主要原因。鍋爐給水量和燃料量的對應比例失調、管內、外壁溫度調控失靈、液體溫度調控出錯，違規(guī)運行、操作人員誤判、誤操作等都是造成鍋爐事故的重要原因。當管道中的水處于膜狀沸騰狀態(tài)時，管道內外部煙氣和水的換熱效能大幅度降低，導致管道過熱，影響管道的力學性能，最終造成爆漏事故的發(fā)生。另外金屬管道長期在高溫中運行，容易產生緩慢變形，疲勞破壞，造成爆漏。鍋爐在啟動和停機過程中由于管道膨脹產生應力集中，造成管道破裂，引起爆漏。

爐膛結焦：問題產生主要與鍋爐設計有關，例如在鍋爐設計過程中未充分考慮煤的燃燒特性、結構設計不合理、吹掃裝置設計不合理等。

長期過熱：當鍋爐運行過程中燃燒調整不當，造成鍋爐內部熱負荷偏差較大，雖然可能并未超過材質的許用溫度，但是如果長期高于管壁的設計溫度，可能造成管壁金屬過熱，最終造成過熱器和再熱器爆管。

汽輪發(fā)電機及其輔助系統

汽輪機、發(fā)電機均屬于電廠三大主機范圍，汽輪機設計、制造、安裝存在缺陷、管理失誤、違章違規(guī)操作、定期檢修保養(yǎng)不符合標準規(guī)范等都可能造成汽輪機損壞、油系統（潤滑油、EH抗燃油）著火等事故；發(fā)電機，尤其氫冷發(fā)電機和氫冷系統如果發(fā)生漏氫，氫氣與空氣混合形成燃爆性混合物，遇到明火可能發(fā)生爆炸。常見的漏氫問題主要存在于氫氣系統的管道、閥門、發(fā)電機氫密封瓦等，另外當氫氣的壓力大于油密封液的壓力時也可能發(fā)生泄漏，并引發(fā)火災爆炸事故。

化學水處理系統

化學水處理系統包括鍋爐補給水處理、凝結水精處理、加藥、水汽取樣、工業(yè)廢水處理、供氫、循環(huán)冷卻水處理等系統，涉及的化學物品主要有：酸堿、聯氨、液氨等，可以造成人員中毒、灼燙等事故。

煙氣脫硫系統

煙氣脫硫系統一般包括煙氣系統、吸收塔系統、石灰石漿液制備系統、事故漿液排放系統、石膏脫水系統、工藝水系統、壓縮空氣系統等。目前煙氣脫硫主要采用以碳酸鈣為基礎的鈣法。通過將酸性的二氧化硫與堿性物質（CaCO3、MgO、Na2SO3、NH3等）反應從而除去煙氣中的二氧化硫。燃煤發(fā)電廠常采用鈣基固硫的方法，通過酸堿中和原理，利用石灰石水中和煙氣中的二氧化硫。二氧化硫泄漏、石灰石粉均能導致操作人員中毒，石灰石漿液如果發(fā)生泄漏可能會造成人員灼燙事故。

煙氣脫硝系統

目前燃煤電廠常用SCR脫硝方法，即用氨作為還原劑還原煙氣中的氮氧化合物為氮氣和水。氨的火災危險性為乙類，液氨儲罐、輸氨管道等一旦發(fā)生泄漏，氨將與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明火可能引起燃燒爆炸，造成人員傷亡和財產損失。

燃煤電廠?；肺ｋU源辨識建議

“防風險、查隱患、遏事故”，燃煤電廠無論施工建設，還是調試、運維階段，其?；肺ｋU有害因素的辨識要遵從科學性、系統性、全面性和預測性原則。防風險的第一步是進行危險有害因素辨識，其目的是為了分析煤電廠的安全狀況，為安全評價和安全管理工作提供依據，它是預測電廠安全狀態(tài)、分析事故可能發(fā)生途徑的有效手段。因此在進行危險有害因素辨識時必須堅持科學的系統安全理論、選擇科學的辨識方法，使之能揭示電廠真實的安全狀態(tài)、潛在危險有害因素、存在不安全狀態(tài)的子系統或部位、揭示可能造成事故的內部客觀規(guī)律等。

煤電廠是由眾多子系統組合起來的復雜系統，各系統之間具有錯綜復雜的關聯，絕不是簡單的堆疊，故在進行燃煤電廠?；钒踩L險辨識時，應當用系統的眼光進行分析判斷，分清主要危險有害因素和次要危險有害因素，要按照各個子系統依次不漏地進行分析辨識，針對各子系統也要做到“橫向到邊、縱向倒角、不留死角”的原則，辨識時不要發(fā)生遺漏，以免留下隱患。危險有害因素辨識的最終目的是分析電廠的安全狀態(tài)、加強其安全風險管理、避免安全生產事故的發(fā)生，還應該以發(fā)展的眼光預測各危險有害因素可能引發(fā)的事故，實現“消隱患于萌芽，防事故于未遂”。安