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高爐煉鋼爐頂煤氣爆炸著火的原因分析

高爐煉鋼爐頂煤氣爆炸著火的原因分析

  • 前言:

191031號,吉林恒聯(lián)精密鑄造科技有限公司1#高爐下降管爆炸著火,一死兩傷。無獨有偶,529號江西方大特鋼煉鐵分廠2#高爐在生產(chǎn)過程中上升管發(fā)生爆炸,64傷。330日,河南安鋼集團煉鐵分廠1#高爐在環(huán)保限產(chǎn)后復風過程中,上升管爆炸著火。這是年內(nèi)連續(xù)公開報道的三起重大煤氣爆炸著火事故。早期的報道還有06年河北唐山國豐5#高爐塌料爐頂爆炸,66傷。如此頻繁的大型煤氣事故,是安全管理的缺失?還是操作的失誤?亦或是工藝缺陷設備的陳舊老化?還是三者兼之?筆者有幸,平生未能親歷此類的大型事故,也不敢妄加評論。但生命至上,身體發(fā)膚受之父母,雙親未許,怎可輕拋?失親之痛,天見猶憐。作為煉鐵人,深感我們有責任和義務去深度剖析事故的原因,為杜絕和防范類似事故做些什么,故倉猝成文,以期警醒同行,安全第一!

高爐煉鋼爐-2.jpg

  • 高爐煤氣爆炸著火的條件

   煤氣與空氣(氧氣)混合,在一定濃度范圍內(nèi),達到著火溫度或遇明火,發(fā)生爆炸。此濃度范圍稱為爆炸范圍或爆炸極限。焦爐煤氣的爆炸范圍為4.72%--37.59%;高爐煤氣的爆炸范圍為30.84%-89.49%;轉(zhuǎn)爐煤氣的爆炸范圍為18.22%-83.22%。氫氣的爆炸范圍為4.0%75.2%(以上皆為體積濃度)。各種氣體的爆炸極限不同,與其所含可燃氣體的組分及濃度有關(guān)。

高爐煤氣要發(fā)生爆炸,需具備兩個基本的條件,即一是煤氣濃度在爆炸極限內(nèi),二是,溫度達到著火溫度(650度左右)或遇明火,兩者缺一不可。


  • 高爐爐頂煤氣著火或爆炸的因素

   高爐煤氣系統(tǒng),非休風狀態(tài)下是一套密閉的煤氣系統(tǒng),正常生產(chǎn)時產(chǎn)生的是純煤氣,一般不會有空氣或氧氣混入,不可能滿足爆炸極限的條件。正常生產(chǎn)的高爐,頂溫一般在350度以下,雖然不會滿足煤氣著火爆炸的溫度條件,但高爐料面以下溫度都較高,偶爾吹出明火是不可避免的事情,所以造成爐頂煤氣爆炸的原因一定是煤氣中混入了空氣或氧氣。通常能使煤氣中混入空氣或氧氣產(chǎn)生爆炸或著火的情況有以下幾種情況:


     1高爐休風狀態(tài)下,爐頂人孔打開,使高爐煤氣系統(tǒng)由密閉形式轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放形式,空氣可能通過打開的人孔進入爐內(nèi)或煤氣管道內(nèi),形成爆炸性混合氣體,但因此時處于休風狀態(tài),頂溫不高的情況下也不會爆炸著火,除非遇明火產(chǎn)生爆炸。如操作不當?shù)臓t頂點火,未驅(qū)趕凈煤氣而在煤氣管網(wǎng)上動火產(chǎn)生爆炸等。


    2正常生產(chǎn)的高爐,如煤氣管網(wǎng)有破損或爐頂人孔密封不嚴,有跑漏煤氣現(xiàn)象,因為正常生產(chǎn)的高爐,爐內(nèi)呈正壓,不會爆炸,但當遇較大崩塌料時,可能會使爐頂瞬間出現(xiàn)負壓現(xiàn)象,從而空氣從煤氣泄漏處進入爐內(nèi),如遇高溫或明火產(chǎn)生爆炸。不過,目前國內(nèi)高爐多已釆用高壓操作,爐頂一般不可能產(chǎn)生較大的煤氣泄露,這是于生產(chǎn)不允許的。所以,這種情況產(chǎn)生煤氣爆炸的可能,只存在于理論分析上,于實際生產(chǎn)中不會發(fā)生。


   3 爐頂打水。通常情況下,打水如不能迅速汽化,水滴下落遇炙熱的焦炭會發(fā)生如下水煤氣反應:

                              2H2O=2H2+O2

                              2C+O2=2CO

   因為這個反應是在焦炭層表面反應的,水分解生成的氫氣和氧氣被下部鼓風迅速吹離焦炭層表面,所以,爐頂打水的水煤氣反應實質(zhì)上只進行了第一步的水分解反應生成氫氣和氧氣,第二步反應很難有機會進行。這就使得煤氣中含有了大量氫和氧。落到焦層表面的水越多,煤氣中含有的氫和氧濃度就越高。

高爐煉鋼爐-1.png


     另外,氫氣的爆炸下限要遠低于高爐煤氣,而且氫氣與高爐煤氣的混合氣,其爆炸下限應該低于兩者的最低下限,使氫氣與高爐煤氣的混合氣更容易產(chǎn)生爆炸。但起關(guān)健作用的還是氧氣,沒有氧氣,再易爆炸的氣體也沒有脾氣。一方面,水遇炙熱的焦炭分解生成了一部分氧氣。另一方面,常溫常態(tài)下,水中也溶解著110ppm的游離氧,沒有落到焦層表面而直接汽化的水隨著水的汽化而釋放出來,提供了另一個氧源。兩者累積到一定濃度,爆炸只是水到渠成的事。


     現(xiàn)代高爐,由于多采用無鐘布流形式,為保護爐頂設備,無一例外的配備了爐頂打水裝置。自動的,手動的,常規(guī)的,高霧化的等各種形式都有。不得不說,這些打水裝置有效的保護了爐頂設備,悲哀的是,在充分享受其優(yōu)越性的同時,也不得不承受其帶來的副效應。正如我們在享受暢飲的淋漓盡致的快感的同時,也不得不承受酒醉后欲吐還休的那種翻江倒海的煎熬。


    應該說,濫用爐頂打水是造成送風狀態(tài)下爐頂煤氣爆炸的直接原因,也是造成降料面過程中產(chǎn)生爆震的直接原因。無奈的是,現(xiàn)代高爐操作特別是年青一代操作者,已經(jīng)對爐頂打水產(chǎn)生了過度的依賴,能減風該減風的挺著不減,打打水就挺過去了。正如感冒了,明明多喝點白開水就會痊愈,卻一定要依賴打點滴,可能追求的就是那種針刺肌膚的痛的快感吧。這應該也是當前爐頂煤氣爆炸事故頻發(fā)且不斷向大型化高爐發(fā)展的原因吧!


     4 爐頂設備老化。爐頂煤氣系統(tǒng)設備老化,腐蝕嚴重,遇高爐大型崩塌料或管道行程,頂壓突然升高,或爐頂打水頂壓升高等,腐蝕嚴重的管壁受高壓作用撕開,大量煤氣泄出。這種情況因沒有空氣及氧氣混入,不會爆炸,但突然撕開的煤氣管網(wǎng)使高爐頂壓迅速下降,大量炙熱焦炭被吹出引燃煤氣,發(fā)生火災。


   5 爐頂煤氣管網(wǎng)結(jié)厚結(jié)塵。由于高爐煤氣屬含塵氣體,流動過程中,粉塵層降,結(jié)到管網(wǎng)上是正常的。如長期結(jié)塵,這種粉塵具有很好的吸附性,不僅可吸附水分及煤氣,也吸附因爐頂打水產(chǎn)生的少量氧氣,同時也會沉積一些堿金屬物質(zhì)。這些吸附物在高爐正常狀態(tài)下,不會自燃,爆炸的機率也微呼其微。但它遇到爐內(nèi)煤氣爆炸,卻可以迅速連爆,催化和加劇爆炸的危害。


    6 冷卻設備漏水,冷卻設備漏水,同樣會發(fā)生水煤氣反應,不過因為漏水設備上方有充足的炙熱焦炭,反應比較徹底,煤氣中不會有游離態(tài)的氧存在。所以對于送風中的高爐不會有煤氣爆炸的危險。但因為其會使煤氣中氫含量增加,使煤氣爆炸極限范圍擴大,休風狀態(tài)下,有少量空氣混入遇明火極易爆炸,如爐頂點火爆炸等。


不難看出,能夠引起送風狀態(tài)下爐頂煤氣爆炸的根本原因是煤氣中氧濃度升高造成的,而其罪魁禍手就是爐頂打水。

高爐煉鋼爐-3.jpg

  • 小結(jié):

     1煤氣爆炸很危險,但它也不是隨隨便便就能得逞的,需要滿足兩個條件。


     2正常生產(chǎn)情況下,高爐煤氣不會爆炸,早期的煉鐵生產(chǎn),也基本沒有爐頂煤氣爆炸的先例。因為早期高爐很少有爐頂打水,那時的操作人員也膽小,遇事只有減風的份了。正象早期很少聽說有被汽車撞傷的一樣,因為基本沒汽車。


     3造成生產(chǎn)中高爐煤氣爆炸的直接原因是濫用爐頂打水,使煤氣中氫氧濃度升高滿足爆炸條件形成的。這也是近年來爐頂煤氣爆炸事故頻發(fā)的根本原因。生產(chǎn)中應努力做到能不打水盡量不打,能少打不多打,并努力改進打水設備,實現(xiàn)全霧化打水。


     4 筆者了解到,就在剛過去的金九銀十,諸如休風爐頂點火發(fā)生爆炸,降料面打水強烈爆震,燜爐下輕料頂溫高打水煤氣氧含量超標等事故仍在頻頻發(fā)生。只不過未造成大的影響未見公開報道而己。生產(chǎn)固然重要,安全更大于天,若為安全,一切皆可拋!


      5 本人不是專業(yè)的煤氣從業(yè)人員,也沒有專業(yè)的煤氣資質(zhì)證書。文中關(guān)于煤氣性質(zhì)的論述僅代表個人認識,不構(gòu)成指導生產(chǎn)操作的理論依據(jù),也歡迎有相關(guān)專業(yè)資質(zhì)的老師批評指導。

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