火力發電廠爆炸危險場所分析及預防措施的探討

[摘要]通過對火力發電廠爆炸危險場所的爆炸機理及事故原因分析。指出了火力發電廠應重點關注的爆炸危險場所及采取的防爆措施。

[關鍵詞]火力發電廠；爆炸

0 前言

隨著電力行業的飛速發展，火力發電廠的建設規模和發電機組的單機容量越來越大，火災爆炸危險性也隨之增大。在火力發電廠運行環境中，存在爆炸性氣體、油料和爆塵，若遇到點火源時，極易引起爆炸。因此，防爆作為火力發電廠一個重點問題，日益受到廣泛重視。

1 火力發電廠爆炸危險性分析

爆炸是物質系統的一種極為迅速的物理的或化學的能量釋放或轉化過程，是系統蘊藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時間內，驟然釋放或轉化的現象。

結合火電廠特點和具體情況，火力發電廠的爆炸形式多種多樣，常見的是可燃物與空氣混合物發生爆炸。這種爆炸是一種特殊的燃燒過程，當可燃性物質的濃度處于爆炸濃度，遇點火源，即會形成爆炸。在火力發電廠中，常見的可燃物有煤粉、氫氣、輕柴油、潤滑油、絕緣油、液氨、聯氨、乙炔、CO等。點火源有明火、火花、電弧、高溫等。通常，空氣中的氧氣充當了氧化劑的角色。

火力發電廠制粉系統屬于爆炸性粉塵危險環境，氫系統、燃油系統屬于爆炸性氣體危險環境。爆炸事故隱患的存在，既有直接因素，也有間接因素。本文針對這三個系統，從爆炸機理、爆炸原因分析人手，尋求工程上及管理上系統性的措施，防止爆炸條件形成，避免出現爆炸危險。

2 制粉系統

2.1 爆炸機理

制粉系統將煤磨制成煤粉后，煤粉具有流動性、吸附性、自燃和爆炸性。煤粉空氣混合物濃度只要達到0.05kg/m³，即可形成爆炸性的混合物，而混合物濃度在(0.3～0.6)kg/m³最易爆炸。煤粉的爆炸還與煤的揮發分、水分、灰分、煤粉細度、氣粉混合物的溫度等有關。揮發分越高和發熱值越大，煤粉越細，氣粉混合物的溫度越高，產生爆炸的可能性就越大。煤粉爆炸后產生的氣浪還會使沉積的煤粉塵飛揚，造成二次爆炸事故。

2.2 原因分析

從制粉系統爆炸情況來看，引起爆炸的原因很多。制粉系統啟動、停運和斷煤過程中，給煤量和風量相對變化較大，當磨煤機出口溫度過高，操作不當，煤粉濃度達到爆炸極限，容易發生煤粉爆炸。制粉系統停運后，系統通風時間不夠，煤粉沒有抽盡，存在積粉，逐步發生氧化或自燃，在再啟動制粉系統時，易發生爆炸。原煤含水量較大，運行中操作不當，造成煤粉較“濕”，易粘在制粉系統管道設備上，造成自燃和爆炸。制粉系統若自身有缺陷和運行狀況不當時，也存在著潛在的火災、爆炸危險。

2.3 防爆措施

為確保制粉系統的安全可靠運行，對煤粉倉的形式、結構及防爆設施應有相應的措施，而且在運行管理上要加倍重視。

根據煤粉倉的結構特點，應設置足夠的粉倉溫度測點和溫度報警裝置。煤粉倉的煤斗內壁應平整光滑、無積粉死角，壁面交角應做成圓弧形，避免粉倉積粉。煤粉倉內應設置固定的滅火系統，如蒸汽滅火、二氧化碳滅火或氮氣滅火裝置。為防止粉倉溫度高或因煤粉自燃引起粉倉爆炸，煤粉系統的管道上應設置防爆閥，在煤粉倉、分離器、旋風器等設備上應分別設置防爆門，防爆隔膜應有足夠的防爆面積和規定的強度，防爆門動作后噴出的火焰和高溫氣體，不應危及附近的電纜、油氣管道和經常有人通行的部位。制粉系統中使用的電機及電氣開關設備應選用防爆型產品。

防止制粉系統爆炸和煤塵爆炸事故，應嚴格執行《火電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規程》，要堅持執行定期降粉制度。清除給粉機進口積粉時，禁止使用氧氣管和壓縮空氣吹掃。清倉時，煤粉倉內必須使用防爆行燈。鏟除積粉時，操作人員應穿不產生靜電的工作服，使用銅質或鋁質工具，且不得帶入火種。在磨煤機清掃積粉時，應在煤粉溫度下降到可燃點以下時打開人孔門清掃。

3 氫系統

3.1 爆炸機理

火力發電廠的發電機通常采用氫氣冷卻，氫氣是易燃易爆氣體，氫氣的自燃點為560℃，爆炸范圍大，與空氣混合的爆炸范圍為4.0％～75.6％，與氧氣混合的爆炸范圍為4.5％～95％，在爆炸范圍內，遇明火或高于560℃以上高溫即發生爆炸：且引爆能量小，僅為0.019mJ。

3.2 原因分析

氫系統的任何部位的漏氫，都具有燃燒爆炸的危險。氫氣系統的管道、閥門、法蘭或者接頭處泄漏；露天布置的氫氣儲罐，由于罐體損壞、接頭松動或其他輔助設備損壞而發生泄漏；發電機氫密封瓦密封不嚴漏氫：當氫壓超過油密封壓力使油封破壞致使氫氣竄入汽輪機油系統和主油箱；發電機密封油系統工作失常，氫壓不正常的降低，使外界空氣進入發電機內：發電機出線套管漏氫，使封閉母線內部形成爆炸性混合物；供氫設備或發電機內氫氣純度的降低；因密封材料老化變形引起的漏氣等；氫氣易積聚在設備、容器、建筑的頂部，一旦形成爆炸性混合氣體，遇明火或熱源，將引起爆炸和火災。此外，電解制氫過程中有少量的氧氣混入氫氣管道進入氫氣儲罐，高壓氣流與管道摩擦容易產生靜電，如果氫氣儲罐或管道中的氫氣達到爆炸極限，也可能導致爆炸。

3.3 防爆措施

為防止氫冷發電機氫爆，必須嚴格從控制氫氣純度和明火兩方面出發，對發電機充氫、運行、排氫及隔離實施全過程管理。對于氫冷發電機，每臺機組應裝設在線測氫裝置和在線氫氣純度表，并能自動報警。堅持定期排污制度，防止氫氣純度降低而造成爆炸。發電機內氫氣純度應不低于96％，含氧量不得超過2％。同時，加強附近的動火工作管理。為防止漏氫引起氫爆炸或著火而引發火災爆炸事故，應裝設漏氫報警裝置，當氫濃度達到1％以上時，應自動報警。若氫氣系統因漏氫引起著火，應設法阻止漏氫并滅火。若著火點在供氫管道上，則應立即切斷氣源，降低氫氣壓力。若發電機內氫氣爆炸或著火時，應立即停機，并向發電機內充入C02排除氫氣。密封油系統應保證運行可靠，并設有自動投入雙電源或交直流密封油泵聯動裝置，并保持油壓大于氫壓，以防止空氣進入發電機內或氫氣充入汽輪機的油系統中，引起爆炸起火。氫冷發電機密封油箱應設置火災檢測和水噴霧滅火設施。

供應氫氣的制氫站應安裝可燃氣體監測報警裝置，制氫站和儲氫罐等應有可靠的防雷設施。儲氫罐應設有安全閥、止回閥、水封器、阻火器、壓力表、溫度表等。制氫站儲氫罐周圍10m處應設圍墻，站內嚴禁煙火，嚴禁放置易燃、易爆物品。制氫站應采用防爆開關、防爆電機，電線應穿密封金屬套管，并經氣密試驗合格。儀表等低壓電氣設備應有可靠絕緣，應選用防爆型電話電鈴并安裝室外。氫氣生產設備各部位，必須使用銅或銅合金材料。進入制氫站不能攜帶火種，在制氫站內進行檢修工作應使用防爆工具。

氫氣管道宜架空敷設，采用非燃燒材料支架，且不得與電纜、電線敷設在同一支架上。氫氣管道不得穿越生活間、辦公室、配電室、控制室、儀表室、樓梯間和其他不使用氫氣的房間，若必須穿過吊頂、技術(夾)層時，應采取安全措施。管道應避免穿過地溝、下水道、鐵路及汽車道路等，必須穿過時應設套管。管道穿樓板或墻壁時應設套管，套管內的管段不應有焊縫，管道和套管間應用非燃燒材料填塞。不得在室內排放氫氣，氫氣放空管出口應在遠離明火作業的安全區，放空閥應能在控制室外操作或設在發生火災時仍有可能接近的地方。

4 燃油系統

4.1 爆炸機理

火力發電廠鍋爐點火一般使用輕柴油，儲油罐是儲存油料的主要設施。輕柴油屬于易燃物品，閃點大干55℃，火災危險性類別為乙類易燃液體，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。

4.2 原因分析

火力發電廠儲油罐區的安全是全廠安全工作的關鍵點之一。貯油罐和燃油管路、閥門、法蘭泄漏滲油，貯油罐放水或燃油設備檢修時有油流出，管道溝內蒸發出的油氣無法散出，油管道排污時忘記關排污門將油大量排出，油泵盤根漏油，遇明火或熱體均可能引起火災或爆炸。由于靜電、雷電、撞擊、摩擦、電器設備等產生火花，也會引起油系統著火或爆炸。工作失誤，沒有嚴格執行安全操作規程、燃油系統防火措施和有關明火作業制度，也可能引起著火或爆炸。

4.3 防爆措施

從儲油罐區角度來看，發電廠應劃定油區，周圍設置高度不低于2m的圍墻，并懸掛“嚴禁煙火”等明顯的警告標志牌。嚴禁攜帶火種、嚴禁穿帶鐵釘鞋和容易產生靜電的化纖服裝、嚴禁無阻火裝置機動車進入儲油區。油區電氣設施均應選用防爆型產品，電力線路必須采用電纜或暗線，不準設架空線。卸油管應有明顯的接地點，油管道法蘭應用金屬導體跨接牢固。油區周圍應設有環形消防通道，通道盡頭設回車場。金屬油罐應裝設固定的冷卻水裝置和泡沫滅火裝置。油罐周圍應設防火堤，油罐應裝有液位計和高液位報警裝置，防止超裝泄漏，還應裝有溫度計及溫度報警儀。頂部應裝有呼吸閥和阻火器。卸油區及油罐區應設有防靜電和防雷電接地。油泵房及油罐區內禁止安裝臨時性或不符合要求的設備和敷設臨時管道。不得采用皮帶傳動裝置，以免產生靜電引起火災。燃油管道及閥門應有完整的保溫層。油管道、閥門、法蘭附近的高溫管道保溫層應包覆鐵皮，防止燃油噴漏到高溫管道。供油管道應定期檢查，發現問題及時處理，以保證燃油不發生外泄等。

5 結束語

電力行業是資金密集型和技術密集型行業，又是公共服務行業，其安全關系到國計民生的大局。引起電力火災、爆炸事故的因素很多，一旦發生，后果極為嚴重。為避免事故的發生，應抓住重點防爆場所，采取各種防爆措施，健全各項安全管理制度，做到未雨綢繆、防患未然，杜絕爆炸事故的發生。

(編輯 陳志華)