趙春輝，王 輝

（寶鋼集團八鋼公司安全監(jiān)督部，新疆烏魯木齊 830022）

1 事故經(jīng)過

某鋼廠噴煤車間1#磨機2#布袋箱體發(fā)生一起爆燃事故，造成煤粉倉布袋箱體破損、3#皮帶通廊墻體傾斜損壞，噴煤Ⅰ系列停機202 h，直接經(jīng)濟損失27.3萬元。事故經(jīng)過如下：

2013年3月11日上午10:30，噴煤車間按計劃安排1#磨機檢修，處理牙箱漏油及焊補上粉管砂眼。停機前全系統(tǒng)處于滿負荷生產(chǎn)狀態(tài)（制粉量約35 t/h）。11：42分操作工開始進行1#磨機停機前的操作，改廢氣降溫，減負荷制粉，對磨機、布袋充氮惰化，根據(jù)溫度參數(shù)停磨機，停氮氣，打開煤矸石門，點動磨機，排磨機內(nèi)煤矸石。11：59分2#布袋箱發(fā)生爆燃，同時造成了噴煤主控樓第7層的二次爆燃，監(jiān)控畫面顯示系統(tǒng)氧含量和溫度瞬間達到上限?，F(xiàn)場處于燃燒狀態(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#磨機緊急停機；12：07分3#磨機緊急停機。全系統(tǒng)充氮惰化，布袋、粉倉進行循環(huán)充氮至全系統(tǒng)斷電，當班人員手動打開充氮閥并使其處于常開狀態(tài)。隨后消防隊員趕至現(xiàn)場，兩小時后將各處燃燒的煤塵撲滅。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

該廠噴煤車間于1994年8月投產(chǎn)，共有1#、2#、3#三個磨機，同時向4座430 m3高爐供料。其中2#磨機為正壓操作系統(tǒng)，1#、3#為負壓操作系統(tǒng)。2007年，由于高爐改擴建需求，將3#磨機由原來的5 t改造為現(xiàn)在的15 t球磨機。自2012年8月以來，由于提升煤比節(jié)焦降耗的要求日益提高，對噴煤制粉產(chǎn)能要求不斷增長，可卻同時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)運行帶來一定困難。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，氣壓力超過容器的抗壓能力時，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。因此噴吹煤粉時必須嚴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，其煤塵既無法消除，濃度也無法控制，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。一般認為煤粉Vdaf<10%為基本無爆炸性煤，10%25%為強爆炸性煤。

（3）溫度達到著火點。給煤塵提供足夠的點火能量，使溫度達到煤粉的最低著火溫度而引起爆燃。煙煤煤塵的長期沉積、煤粉運輸中摩擦升溫、靜電火花以及外來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

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

式中，Oa——升溫爐煙氣中的剩余氧量，m3/h；

Ob——鼓入磨煤機密封氣中的氧量，m3/h；

Oc——漏入磨煤機冷空氣中的氧量，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。

磨煤機入口、磨煤機出口、布袋出口、主排風機出口各個點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，磨煤機負壓系統(tǒng)末端的設(shè)計氧含量應(yīng)≤12%。

4 針對此次事故的具體原因分析

對噴煤車間此次煤倉爆燃事故，利用5M1E（人、機、料、法、環(huán)、測）展開分析如下：

4.1 人員的因素

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

（2）作業(yè)指導書要求充氮惰化時間為10min，而此次停機充氮惰化為4min。

4.2 設(shè)備的因素

（1）噴煤磨煤機托盤部位漏風嚴重，導致磨煤機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大成爆燃，導致布袋箱體爆開。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)部門進行設(shè)計并按照使用說明進行檢測、安裝、使用。而此次2#布袋箱體防爆裝置2005年底未經(jīng)評審改為0.8mm的膠帶片，原設(shè)計為濾袋箱防爆門。

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，入廠原煤僅進行工業(yè)分析后即進入生產(chǎn)現(xiàn)場使用，未對其可磨性及工藝特性（爆炸特性、著火點）進行相應(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

停機時系統(tǒng)含氧量控制操作管理存在嚴重缺陷。停機時磨機氧含量4.66%，布袋氧含量8.01%，負壓系統(tǒng)末端已達到14.5%，各處含氧量均已超標。按作業(yè)指導書要求磨機含氧量≤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，負壓系統(tǒng)末端氣體的氧含量不應(yīng)大于12%。

（1）磨機停機后點動排矸石的操作：此操作是停氮后將排矸石門打開，會造成磨機內(nèi)進入空氣。而磨機點動排矸石操作時，磨球碰撞產(chǎn)生火花是造成煤粉閃爆的點火因素。作業(yè)指導書對此項操作危害未識別到位。

（2）磨機檢修時，排煙風機未停，只是將其風門關(guān)閉（不能完全切斷風機與系統(tǒng)聯(lián)系）。系統(tǒng)仍處于負壓狀態(tài)，由于磨機與箱體未有效隔離，磨機停機后造成系統(tǒng)進風。作業(yè)指導書未明確要求磨機停機時排煙風機停機，避免空氣進入。

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。封閉式廠房通風效果較差，現(xiàn)場有積粉。

（3） 現(xiàn)場設(shè)計使用的消防栓，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 測量的因素

（1）噴煤系統(tǒng)氧含量檢測方式為循環(huán)間歇式。由于不能連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)氧含量實時數(shù)據(jù)，因此導致操作工在磨機操作上只能依據(jù)充氮時間來做為系統(tǒng)能否開停機的判斷依據(jù)。

（2）由于現(xiàn)場環(huán)境差，設(shè)備維護費用低，部分檢測設(shè)備未能及時標定，檢測數(shù)據(jù)可能不準確，檢測儀表的系統(tǒng)靈敏性差。

4.7 根據(jù)現(xiàn)場實際，進一步分析

（1）檢修時磨機與箱體未有效隔斷且排煙風機風門未有效與系統(tǒng)隔離，從而導致系統(tǒng)進風是造成此次事故的直接原因。

（2）開、停磨機的為控制含氧量而進行的操作不當是此次事故的主要原因。

（3）對磨機開、停機過程中習慣性違章操作監(jiān)督不力，在制粉系統(tǒng)運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）對煙煤噴吹安全管理方面存在認識不足，執(zhí)行標準及規(guī)范缺失，導致噴煤在生產(chǎn)及檢修過程中對系統(tǒng)安全運行掌控不力，是造成此次閃爆事故的另一管理原因。

5 對應(yīng)的防范措施

5.1 人員因素

（1）根據(jù)工藝條件的變化，及時更新作業(yè)要求。

（2）確保系統(tǒng)氮氣惰化充分。在系統(tǒng)氧含量連續(xù)監(jiān)測及自動充氮設(shè)備未安裝前，保證正常及異常停機時的惰化時間（15～20min）。

5.2 設(shè)備因素

（1）對系統(tǒng)漏風點（風機、波紋管、反吹風機等各處）進行全面排查和處理，降低磨機入口廢氣含氧量。

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

5.3 原料因素

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

5.4 方法因素

（1）更改作業(yè)指導書中關(guān)于磨機停機檢修時點動排矸石操作?？煽壳袛嗄C廢氣，磨機點動操作時保證磨室內(nèi)微正壓狀態(tài)（充氮不停，略控氮氣），開矸石門操作時必須兩人以上（佩戴檢測儀器），一人工作一人監(jiān)護，并做好個體防護。

（2）磨機檢修時，停排煙風機（低壓風機）或加裝盲板閥（高壓風機），以減少停機后系統(tǒng)進風。磨機檢修時，將磨機與箱體做隔離，以避免管路系統(tǒng)存在負壓狀態(tài)時形成懸浮煤塵。

（3）在操作方面采取限制空氣進入系統(tǒng)的措施：

（a）保持原煤倉內(nèi)有足夠的堆煤高度。

（b）控制升溫爐助燃空氣過剩系數(shù)不超過1.1。

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

（d）當磨煤機停磨，而不能做到清空機內(nèi)所有煤粉時，在磨煤機啟動和停止過程中要向系統(tǒng)內(nèi)充入適量氮氣，使磨煤機系統(tǒng)在啟動和停止過程中的系統(tǒng)含氧率也能達到≤12%。

5.5 環(huán)境因素

（1）對噴煤主廠房及通廊內(nèi)的積粉每兩月進行全面清掃，對地面積粉每班次進行沖洗或拖洗。

（2）加強廠房的通風，將噴煤主樓的六、七層窗戶全部打開，拆除部分墻體。

5.6 測量因素

（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、報警及超限自動充氮裝置。制粉系統(tǒng)氧濃度檢測改為實時檢測，全部聲光報警。

（2）按時對溫度、氧含量等檢測儀表進行標定和維護及更新，確保檢測儀表的準確性和靈敏性。

5.7 事故預案管理

（1）規(guī)范使用噴煤系統(tǒng)消防設(shè)備。布袋收粉器著火時，應(yīng)立即停車，堵住通向煤粉倉的煤粉通道，通入氮氣或用滅火器滅火。

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

6 對策與措施

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

（2）建立對噴煤作業(yè)區(qū)關(guān)鍵控制點的巡查制度。安全、設(shè)備、工藝專工每日對噴煤區(qū)域的作業(yè)活動進行巡檢。工藝紀律檢查中對含氧量及溫度參數(shù)進行檢查并對噴煤配煤結(jié)構(gòu)每周進行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：煤種變化時應(yīng)分析煤粉揮發(fā)份、測定煤粉著火溫度和返回火焰長度。分公司協(xié)同相關(guān)部門做好配煤結(jié)構(gòu)相關(guān)安全性的試驗并確定煙煤噴吹的原煤的使用標準。原煤使用前及煤種變化時應(yīng)分析煤粉揮發(fā)分、測定煤粉著火溫度和返回火焰長度及爆炸性試驗等以此來指導現(xiàn)場生產(chǎn)并完善高爐煙煤的使用標準。

（4）規(guī)范開停機實行作業(yè)票制度和人員疏散制度，增設(shè)無線指令系統(tǒng)。

（5）噴煤煤量增大，噴吹罐倒罐頻繁，防爆膜疲勞強度和耐壓等級降低，爆破、更換頻繁，存在極大安全隱患和風險。因此，必須及時對壓力容器及安全附件進行檢測和探傷。

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

（7）噴煤制粉系統(tǒng)廢氣量不足，使用3#爐廢氣氧含量超高，安全風險極大。因此，需在熱風爐廢氣總管加裝煙道閥（電動可調(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，煤氣系統(tǒng)不能可靠切斷，作業(yè)人員安全不能保障。因此，需在制粉磨煤機入口安裝便于插盲板的金屬軟連接，檢修時安插盲板，可靠切斷煤氣源，保障作業(yè)人員安全。

（9）制粉給煤機插板閥手動操作頻繁，人機接觸頻次高，安全風險大。因此，應(yīng)將插板閥改為電液推動，減少人機接觸頻次，降低職工勞動強度，降低安全風險。

（10）噴吹系統(tǒng)未設(shè)置氧含量檢測點，應(yīng)及時安裝氧含量檢測裝置。

（11）根據(jù)規(guī)范5.6.5之規(guī)定：廠房內(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）對煤粉倉安裝泄爆導流管。

[1]GB50607-2010.高爐噴吹煤粉工程設(shè)計規(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.粉塵爆炸危險場所用收塵器防爆導則[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].