特性參數在煤化工煤粉爆炸事故防治中的應用

姚敏++焦洪橋++劉銅強++覃欣欣

摘要：以煤粉爆炸特性參數測試為基礎，針對煤化工煤粉制備系統的運行工況條件，應用煤粉爆炸特性關鍵參數對壓力、溫度、煤粉濃度、氧濃度等主要安全監測監控參數指標進行了研究，分析了監測點布置位置與測量范圍及報警值設置的合理性與存在的安全隱患，并提出了其改進措施，提高了粉體介質在工藝生產中的可控狀態，對煤化工行業控制煤粉泄露、燃燒爆炸等事故具有一定的借鑒作用。

關鍵詞：煤化工；特性參數；煤粉爆炸；煤粉泄露

中圖分類號：TD78

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12013303

1引言

隨著世界經濟的發展和能源結構的調整，煤化工產業以其生產潔凈能源和可替代石油化工產品的獨特優勢受到了高度關注[1]。近年來一大批煤化工項目在我國的內蒙古、寧夏等地陸續建設和投產，其中不乏世界上首次的商業化示范性工程，煤化工已成為我國能源結構的重要組成部分[2，3]。

根據煤化工生產的需要，原料煤大部分使用小粒徑、高揮發分、低水分、低灰分的煤種，這類煤的爆炸下限濃度與著火溫度均較低，且生產過程涉及到高溫、高壓環境[4，5]，因此一旦發生煤粉泄露擴散就極易導致燃燒爆炸事故，嚴重制約著煤化工行業的安全生產。

本文在煤粉爆炸特性參數測試的基礎上，應用特性參數對某煤化工煤粉制備工藝過程的安全監測監控指標參數及其閥值進行分析，提出了改進措施，使得粉體介質在工藝生產中始終處于可控狀態。這對于煤化工行業有效預防和控制煤粉泄露及爆炸事故的發生，保障企業安全生產，具有重要的現實意義。

2工藝流程簡介

某煤化工煤粉制備系統工藝流程如圖1所示，該工藝流程可分為兩條路線，即煤的運行路線和氣的運行路線。

其中，煤的運行路線為：原煤經皮帶輸送機進入原煤倉，通過磨煤機進行研磨干燥后形成的煤粉進入煤粉收集器，含有煤粉的熱氣體經收集器中的濾袋過濾后由出風口經管道排到循環風機，吸附在濾袋外表面的煤粉經氮氣反吹脫落至下部的料斗，料斗內的煤粉由旋轉給料機排至螺旋輸送機中，然后輸送到纖維分離器，篩分出的煤粉進入下游粉煤倉，再經發送罐送至下一氣化工序。氣的運行路線為：熱風爐內的循環氣體與燃燒產生的尾氣混合后形成熱惰性氣體，然后進入磨煤機對煤粉進行干燥與輸送。煤粉分離后的熱氣體通過管道送到循環風機，經循環風機加壓，大部分循環至熱風爐中，部分排入大氣。

圖1煤粉制備工藝流程

3煤粉爆炸特性參數測試

3.1實驗樣品

實驗選取了工藝中兩種典型的煤粉樣品，實驗前將煤樣用標準分樣篩分成粒徑分布范圍分別為75 μm以下和200 μm以下的2種煤塵顆粒，然后將其置于常壓下50℃的干燥箱中干燥4 h，以去除煤樣中的水分。并依據GB212-91《煤的工業分析方法》對實驗采用的煤粉樣品進行了工業分析，工業分析結果見表1。

3.2實驗測試及結果

按照國家標準，利用20 L粉塵爆炸特性測試系統、粉塵云最低著火溫度測試系統、粉塵層最低著火溫度測試系統及哈特曼裝置分別對煤樣的爆炸下限濃度、最大爆炸壓力、最低著火溫度、極限氧含量等5個關鍵特性參數進行了實驗測試，為煤粉泄漏監測及控制指標的確定提供理論依據。實驗測試結果如表2所示。

從測試結果可以看出，兩種煤粉的爆炸下限濃度與最低著火溫度都非常低，而最大爆炸壓力和最大壓力上升速率都比較高，因此在生產過程中，一旦發生泄漏極易導致火災爆炸事故。所以必須對運行系統范圍內的危險區域進行實時監測監控，以及時應對煤粉泄漏、燃燒爆炸等安全事故。

4安全監測監控指標分析

針對煤粉制備生產系統的運行工況條件，依據煤粉爆炸特性關鍵參數對壓力、溫度、煤粉濃度、氧濃度等幾個主要類別的安全監測監控參數指標及其閥值進行分析。

4.1壓力

備煤裝置系統工藝中的各個設備及輸送管線均存在壓力監測，用于監測設備的運行狀態。通過對壓力監測點的工況參數分析，發現在備煤裝置中，系統生產工藝中的操作壓力除發送罐發送壓力為0.2 MPa，其余均為微正壓或負壓條件，而煤粉加壓輸送工序中粉煤倉為低壓設備，鎖斗、給料罐及輸送管線均為高壓條件，備煤裝置及氣化粉煤倉壓力報警值均為低壓，都遠低于煤粉的最大爆炸壓力值，所以一旦發生事故在壓力初始階段就會自動報警、跳車。鎖斗、給料罐為高壓密封環境，且有惰氣保護，無煤粉爆炸危險。

在備煤裝置原煤倉過濾器、粉煤倉過濾器安裝有壓差變送器，為設備自帶，沒有接入監測監控系統。為監測過濾器收塵布袋破損或脫落，應在原煤倉過濾器、粉煤倉過濾器進出口設置監測點及合理的預警值對其壓差進行監測，保證系統的正常安全運行。

4.2溫度

溫度是保證系統正常運行，防止煤粉自燃、爆炸事故發生的重要指標。重點須對設備及管路內的溫度進行監測，防止操作不當造成溫度升高，并對熱惰性氣體內的粉塵含量進行監測，防止高溫造成煤塵層管壁或拐彎處沉積煤塵自燃。

備煤裝置生產工藝條件下煤粉儲存、運輸的溫度正常值一般為80～110℃，控制指標上限均<120℃，均低于煤塵層與煤塵云的最低著火溫度。僅有熱風爐出口至磨煤機的熱惰性氣體為290～320℃，低于煤塵云最低著火溫度而高于煤塵層最低著火溫度，由于熱惰性氣體為流動性循環氣，不存在沉積煤塵。而且，在正常條件下熱惰性氣體不含有煤粉。但當煤粉收集器收塵性能下降或存在故障時會造成煤粉含量增加，所以需要對循環氣中的煤粉濃度重點監測。煤粉加壓輸送工序中溫度監測的控制指標均為100℃，都低于煤塵層與煤塵云最低著火溫度。

因此根據工藝中溫度參數的控制指標分析，現有的溫度監測點較為齊全，在設備節點、循環氣輸送管線上均安設有溫度傳感器，臨界值設置合理，能夠滿足對系統工藝正常運行的監控。

4.3煤粉濃度

在生產系統實際運行過程中存在諸多嚴重或不可控煤粉泄漏危險位置，因此須在煤粉泄漏量較大或泄漏頻繁等危險程度大的區域設置煤粉濃度監測，對煤粉濃度的監測也是預防煤塵泄露或爆炸的根本措施。

在備煤循環氣煤粉濃度監測的報警值為50 mg/Nm3，控制向大氣環境中的煤粉排放量，控制指標遠低于煤粉的爆炸下限濃度，設置合理。粉煤倉頂部環境粉塵含量分析儀的報警值同樣為50 mg/Nm3，低于爆炸下限濃度。粉塵倉頂部監測環境中泄漏煤粉的濃度，當泄漏量較大時，容易量程超限，則不能監測環境中實際濃度值。對于犁式卸料器落煤口，由于在落煤過程中會造成揚塵，為形成煤塵云的易發區，存在一定的危險性，在該處應增設粉塵濃度傳感器，量程為0～1000 mg/Nm3。但煤塵云含量較低，控制指標報警值應遠低于爆炸下限，因此報警值設置為100 mg/Nm3。各過濾器排空管線上煤粉監測為低濃度工藝條件，報警值參考備煤循環氣控制指標，高報的臨界值為30 mg/Nm3，高高報的臨界值為50 mg/Nm3。

對于軟連接、防爆板等易泄漏位置，安設有高濃度粉塵傳感器，煤粉濃度控制指標設置為1 g/Nm3，當檢測到煤粉濃度超標時，監控系統出現報警信號，立即啟動水霧噴淋裝置對泄漏位置噴淋降塵，出現火焰信號時還會啟動自動抑爆裝置進行主動抑爆。

4.4氧濃度

煤粉加壓輸送工序中采用二氧化碳作為加壓輸送、保護氣體，收塵器及過濾器采用氮氣進行反吹。氧氣為煤塵發生自燃、爆炸等事故的必要因素，因此必須控制系統工藝中的氧含量。

在備煤裝置現有的氧濃度監測點的濃度一般控制在6.5%～7%左右，報警臨界值設置為8%，低于煤塵云爆炸極限氧含量。在氣化粉煤倉排放氣體的氧含量報警臨界值設置為2%，遠低于煤塵云爆炸極限氧含量。氧濃度越低，對設備的腐蝕性也就越小，同時煤粉發生自燃或爆炸的危險性也就越小。在備煤煤粉收集器頂部、粉煤倉過濾器上部、原煤倉過濾器上部、氣化粉煤倉過濾器上部、減壓過濾器上部增加的氧濃度傳感器主要為監測設備檢修過程中的氧濃度，防止濃度過低，造成檢修人員窒息，所以這些位置的氧濃度傳感器為現場就地顯示，不需要接入監測監控系統報警，檢修時氧濃度應>18%。氣化粉煤倉頂部氧濃度傳感器監測粉煤倉內部氣體的氧氣濃度，參照粉煤倉過濾器排放氣體氧濃度的監測控制指標，正常應<2%，達到2%時高報，達到4%時高高報。

5結語

煤粉制備生產工藝中的壓力、溫度、煤粉濃度、氧濃度是防治煤粉泄露及燃燒爆炸的重要安全監測監控指標。因此，必須結合現場實際工藝正確設置監測點的位置、監測指標測量范圍與報警值，以保障生產系統的安全運行，對煤化工行業控制煤粉泄露、燃燒爆炸等事故的發生具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]

田勇，張安明. 新型煤化工煤粉環境著火爆炸危險分析及防治方法探討[J].礦業安全與環保，2016，43（6）：92～94.

[2]趙文芳. 煤化工項目煤粉塵火災爆炸風險與控制[J].安全技術，2015，15（4）：9～12.

[3]周麗，任相坤，張希良. 我國煤制油產業政策綜述[J]. 化工進展，2012，31（10）：2207～2212.

[4]張必輝.開式煤粉制備系統運行安全分析與隱患防治[J].潔凈煤技術，2012，18（6）：80～82.

[5]張煒.煤化工裝置火災爆炸點分布與控制措施[J].安全、健康和環境，2016，16（3）：25～27.

Application of Characteristic Parameters in Prevention and Control of Pulverized Coal Explosion Accident

Yao Min1，Jiao Hongqiao1，Liu Tongqiang1，Qin Xinxin2

（1. Shenhua Ningxia coal industry Refco Group Ltd，Ningxia 750411， China；2. China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute， Chongqing 400037， China）

Abstract： Based on the test of pulverized coal explosion characteristic parameters， according to coal chemical pulverized coal preparation system operating conditions，the key parameters such as pressure， temperature， pulverized coal concentration， oxygen concentration and other main safety monitoring parameters were studied by using the key parameters of pulverized coal explosion. This paper analyzedthe location and measurement range of the monitoring point， the reasonableness of alarm value and the existence of security risks. Then， it put forward measures to improvethe controllable state of powder media in process production， which have a certain reference for coal chemical industry to control the leakage of coal， combustion and explosion accidents.

Key words： coal chemical industry； characteristic parameter； pulverized coal explosion； pulverized coal leakage