高爐煉鋼爐頂煤氣爆炸著火的原因分析
前言:
19年10月31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，5月29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，6死4傷。3月30日，河南安鋼集團煉鐵分廠1#高爐在環(huán)保限產(chǎn)后復(fù)風(fēng)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，6死6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(shè)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(zé)任和義務(wù)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！
一 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(約650度左右)或遇明火，兩者缺一不可。
二 高爐爐頂煤氣著火或爆炸的因素
高爐煤氣系統(tǒng)，非休風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(dāng)?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(dāng)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(yīng):
2H2O=2H2+O2
2C+O2=2CO
因為這個反應(yīng)是在焦炭層表面反應(yīng)的，水分解生成的氫氣和氧氣被下部鼓風(fēng)迅速吹離焦炭層表面，所以，爐頂打水的水煤氣反應(yīng)實質(zhì)上只進行了第一步的水分解反應(yīng)生成氫氣和氧氣，第二步反應(yīng)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。
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(yīng)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1－10ppm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(shè)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(shè)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(yīng)。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(yīng)該說，濫用爐頂打水是造成送風(fēng)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(fēng)該減風(fēng)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(yīng)該也是當(dāng)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(shè)備老化。爐頂煤氣系統(tǒng)設(shè)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(zāi)。
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(shè)備漏水，冷卻設(shè)備漏水，同樣會發(fā)生水煤氣反應(yīng)，不過因為漏水設(shè)備上方有充足的炙熱焦炭，反應(yīng)比較徹底，煤氣中不會有游離態(tài)的氧存在。所以對于送風(fēng)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(fēng)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(fēng)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。
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(fēng)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(yīng)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(shè)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(fēng)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(dǎo)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(dǎo)。
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