混合煤气倒灌的危害及杜绝举措

闫 磊 ，孙光华

（上海梅山钢铁股份有限公司能源环保部，江苏南京 210039）

前言

目前梅钢有4座焦炉，年产焦炭250万t，日产焦炉煤气约300万m3。3座高炉，年产铁706万t，目前日产高炉煤气约3000万m3。

高炉煤气热值3800 kJ/m3，CO含量23.81%，管网压力8～10 kPa，焦炉煤气热值18000 kJ/m3，CO含量6.97%，管网压力4.5～6.0 kPa。焦炉煤气毒性比高煤小，热值比高煤高，为了适应需气量的变化和气源条件的变化、满足调节热值的需要、充分利用低热值的工厂余气，梅钢广泛采用了混合煤气作气源，即把低热值的高炉煤气经过焦煤掺混作为混合煤气后，才可外供热轧加热炉正常燃烧，同时采用混合煤气时，按照规定的质量标准调节其燃烧特性，以使燃烧器得以适应[1]。

1 煤气倒灌事故

1.1 混合煤气加压站系统简介

梅钢新三加压混合煤气站由307#、308#、309#（混合煤气加压机组）组成，主要为热轧加热炉提供混合煤气，风机参数型号Y5-36-14，流量1000 m3/min，电机参数YB630-2功率630 kW。梅钢热轧厂有1422 mm和1780 mm两个单元，年产热轧卷697万t。其中1422热轧建有3座额定产量250 t/h的步进梁式加热炉，1780热轧建有300 t/h步进梁式加热炉3座。目前控制混合煤气加压到13～14 kPa，热值 8790～9648 kJ/m3。

新三加压站区混合煤气由焦炉煤气、高炉煤气通过DN1200、DN1400管道引入站区，高炉煤气和焦炉煤气从站区外面引入，首先通过水封，水封后紧跟布置一个电动蝶阀，通过水封和电动蝶阀实现煤气站区内外的完全隔绝；中间采用流量孔板实现高、焦煤气的计量，孔板后面采用电动调节阀进行高、焦煤气的调节。新三加煤气混合站采用流量配比调节系统，即将高煤气与焦煤气以流量配比方式进行调节，根据混合煤气的压力和两种煤气的流量比例进行自动调节的系统。其方法是保持高焦两种煤气的体积混合比1.5不变以及混合后煤气压力恒定，从而保证在混合煤气热值不变的前提下满足用户用量变化的需要。经过调节阀节流后的高、焦煤气经过一个电动蝶阀和一个水封实现煤气的二次隔绝，之后进入离心式风机的进口，经过混合煤压机加压后由热轧总管送至1780热轧加热炉用于板坯加热。具体新三加压站区混合煤气的工艺流程图如图1所示。

图1 混合煤气加压站系统简介

1.2 混合煤气倒灌事故发生

2016年12月29日上午11点，新三加压作业区接调度通知停混合煤气机组，停机作业结束后，关闭机组进、出口电动蝶阀，关闭高煤头道、二道电动蝶阀，高煤调节阀改“手动”并关闭，关闭混煤出口总管电动蝶阀、调节阀。岗位规程要求关闭总管头道、二道电动蝶阀，因头道电动蝶阀故障，无法关闭。

混合煤气各个管道利用焦炉煤气保压，机后回流调节阀改“手动”，阀门开度打开至50%左右，检查确认焦煤头道、二道电动蝶阀全开，焦煤总管进口调节阀开度调节为30%左右，汇报调度。

停机作业结束后，当时3人上班，午饭时间2人外出就餐，只有1人值班，11：02分，出现机前压力（7.5 kPa）高于焦煤设定最高压力上限（7.0 kPa）报警，运行人员消除报警，12：30分，单纯采用焦炉煤气进行钢包烘烤的炼钢厂发现火焰燃烧困难，热值低、易熄火，怀疑焦炉煤气有问题，联系调度询问情况，调度发现新三加压站区焦炉煤气总管压力从4.5 kPa升高到8 kPa，明显异于焦炉煤气总管正常压力，因此怀疑高煤倒灌至焦煤总管，导致焦煤总管压力异常。随即告知作业区现场查看混煤是否存在倒灌现象。

12：40分当班工现场查看混合煤气管道，发现确实存在高炉煤气倒灌入焦炉煤气的现象，发生了高炉煤气倒灌入焦炉煤气事故。随后当班工采取应急处置预案投用高煤头道水封，杜绝倒灌进一步扩大。

事后了解当时实际情况是高煤头道电动蝶阀处于故障检修状态，无法关闭，而高煤二道电动蝶阀关闭不严。停机作业结束时，出现机前压力（7.5 kPa）高于焦煤设定最高压力上限（7.0 kPa）报警，运行人员以为误报警复位后消除报警，而后发生了高炉煤气倒灌入焦炉煤气总管的事故。

1.3 高炉煤气倒灌入焦煤总管后应急处置

作业区现场查看混合煤气管道发现确实存在高炉煤气倒灌入焦炉煤气的现象，发现问题后采取应处置预案，果断投用高煤头道水封，杜绝倒灌进一步扩大。随即当班工立即开启309#混合煤气加压机，单独送焦炉煤气，待焦炉煤气总管压力降低后，并且加热炉热值恢复正常后停309#混合煤气加压机。将焦炉煤气总管内部的高炉煤气排出彻底。

2 倒灌原因

2.1 报警没及时处理

当混煤机组正常送气过程中，离心机入口是一种负压状态，高焦煤气混合后流向负压不会发生倒灌[2]。而一旦混煤机组停机，目前系统焦炉煤气总管压力在4.5～6 kPa之间，若机前压力高于7 kPa，就高于焦炉煤气总管压力，会导致高炉煤气倒灌入焦炉煤气中。这就是混煤机组机前压力大于7 kPa报警设计原因，现场混煤机组机前压力大于7 kPa报警后，当班工不清楚报警是什么意思，到底会有什么影响，没有引起足够的重视，员工对7 kPa报警的认识不够、对报警的重视程度不足，而是随手对报警简单复位了之，错过最佳处置时间，造成事故扩大。

2.2 高煤没完全隔绝

原先考虑混煤机组短暂停机不超过4 h情况下，当班工投水封、恢复送气拆水封，费时费力，规定短时间停机不超过4 h情况下不投水封，只有停机超过4 h才投水封。而事实是当班工墨守成规，在高煤头道电动蝶阀检修无法关闭情况下，没有投水封，调度也没有通知投水封。最终水封没投，没有实现高炉煤气完全隔绝。为后面高炉煤气倒灌入焦炉煤气提供了气源。

2.3 高煤头道电动蝶阀检修

当天高煤头道电动蝶阀处于检修状态，无法关闭。作业区没有辨识出异常情况可能造成的后果，没有开展好危险预知活动，造成了后面高炉煤气隔绝不严发生倒灌事故。

3 高炉煤气倒灌入焦炉煤气危害

（1）高煤热值低、CO含量23.81%，而焦炉煤气热值高、CO含量6.97%。焦炉煤气毒性比高煤小，热值比高煤高。一般可燃气体焦炉煤气和高炉煤气分别具有较低和较高两种不同爆炸极限的特点，高煤倒灌入焦炉管道后容易造成燃烧焦炉煤气用户熄火，进而煤气泄漏容易引起中毒事件，并且恢复时吹扫不彻底还容易引起爆炸事故；高煤倒灌入焦炉管道后造成炼钢焦煤烘烤热值低，进一步恶化后会造成炼钢厂房内大面积的煤气泄漏，容易引起大量人员中毒，并且恢复时若吹扫不彻底还容易引起爆炸事故。

（2）倒灌入二加压城市精制焦炉煤气中，造成民用煤气用户熄火，高煤无色无味，民用用户煤气知识淡薄更难以察觉，容易引起民用用户煤气中毒，一旦民用用户管道内充满高炉煤气则后期吹扫置换十分困难，后果不堪设想。

（3）高炉煤气总管压力高，倒灌入焦炉煤气管道中有冲破焦炉总管上水封，引起沿途水封泄漏煤气，引起大面积煤气弥漫中毒的风险。

（4）倒灌进一步恶化进入制氢站区造成变压吸附制氢系统无法制出氢气，耽误冷轧和化工苯加氢生产。

总之高炉煤气倒灌入焦炉煤气中会造成十分严重后果，如用户熄火、人员中毒、变压吸附制氢瘫痪、影响主线生产，对民用用户造成不可估量后果。

4 杜绝高炉煤气倒灌焦炉煤气举措

4.1 重新研究7 kPa设定原因，对报警参数追根溯源

重新研究7 kPa设定原因，发现报警参数设定不合理，重新梳理报警逻辑，报警参数改为逻辑报警：即只要混煤机前压力高于高炉煤气和焦炉煤气压力中的任何一个压力就报警，这样不单单是高于焦炉煤气压力上限7 kPa报警，报警设定更合理，同时在能源调度系统增加三加压混合煤气站“机前压力高”语音报警，形成互保机制，并将一级报警设置为语音报警。借此契机梳理编制报警体系分级，输出18条一级报警，19条二级报警。将一级报警全部改为声光报警，提高对报警的重视程度，最终达到减少报警，提高报警质量，做到提前预防，管理向前走。

4.2 技术说明书的完善

在岗位技术说明书中增加报警参数的溯源内容，同时将该事故编制成典型案例，放入岗位技术说明书中，做好技术积累和溯源工作。

4.3 岗位规程明确高煤水封停机时必须投用

新三加压混合煤气站在混煤机组全停机条件下必须投用高炉煤气头道水封，并纳入新三加压混煤机组停机岗位规程固化；同时核心要素换版时将高煤倒灌危害纳入岗位核心要素，提高当班人员的认识，提醒及时采取相应措施。

4.4 采用大家喜闻乐见方式对员工进行培训

全面梳理煤气系统中的连接点，辨识可能发生煤气倒窜的风险点，修订完善《煤气倒窜事故预案》，利用大班会期间，组织员工学，每半年演练一次，提高员工现场处置能力。同时将此次事故编制为典型案例，积极利用多媒体方式为员工讲授倒灌知识，组织学习，制作煤气倒灌小视频，采用大家喜闻乐见方式对员工进行培训，提高培训接受程度和效果。

4.5 报警溯源每日一讲

针对员工对报警理解不深情况，作业区每日班前会，对报警参数溯源进行每日一讲，告知数字背后的隐含内容，提高员工技能。

4.6 小流量时提高警惕预防倒灌

当热轧检修用气量低、或加热炉保温；造成混煤出口小流量（1.5万m3左右），风机进口压力大于焦煤管道压力时，高炉煤气倒灌入焦炉煤气总管，措施要求调度增加混煤机组用量，同时调小高炉煤气调节阀，若有转煤掺混入混煤总管时向调度申请关闭转煤掺混。如以上现象仍存在，逐渐关闭高煤二道阀门，确保风机进口压力低于焦煤管道压力，直至投用高煤水封，供纯焦煤，防止高煤倒灌入焦煤管道。

5 混煤倒灌事故的体会

虽然事故发生在萌芽状态即被妥善解决没有造成十分严重后果，但是值得好好反思。

（1）通过此次煤气倒灌事故，不难发现，日常工作的标准和设施设备还存在一些缺陷。在岗人员未充分考虑现场设备存在异常而直接按照相关标准执行停机作业，说明我们员工对生产工艺不够了解、安全意识比较薄弱，为此，我们必须加强生产工艺的学习、安全生产的演练。

（2）作业区还存在频繁报警的现象，这将大大降低员工对报警的警觉性，从而出现疏忽的现象。为此，将普通报警改为语音报警的同时，还应对报警进行梳理，取消或更改部分不必要的或报警数值不准确的报警，进而达到减少假报警，报警必重视的状况。

（3）对报警含义与参数设定依据不了解，超过报警值之后会造成什么严重后果不清楚，对系统研究不深，全凭主观臆断，没有深入研究透彻，这样系统迟早会发生问题，不可能维持系统的稳定长久。

（4）自己作为技术人员，要有技术深度，不放过系统异常，要用系统眼光看问题，不能局限于现场正常生产就万事大吉，要研究还有什么系统隐患、能否实现自动调节、减少人工干预，最大程度降低人工出错可能性。