煤氣生產安全防護對策

王貴鮮，陳超超，王興凱，李龍偉，杜佳民

(1.貴州金澤新能源科技有限公司，貴州 遵義 563300；2.北京首鋼朗澤科技股份有限公司，北京 100000)

0 引言

隨著我國經濟快速發展，能源需求日漸增長，同時也帶來了環境污染。全國冶金工業煤氣具有面廣、量大、純度高的特點，綜合利用前景廣闊，直接排放不僅造成資源浪費，還對環境造成污染。雖然已有部分企業利用煤氣直接燃燒發電，但投資較大，利用效率僅30%～50%，同時產生NOx、SO2等污染物處理難度大、成本高，以致燃燒發電經濟效益較低。首朗新能源科技公司是一家以工業煤氣特殊生物發酵制變性燃料乙醇的煤氣深加工企業，該技術不僅可提高煤氣利用效率達80%，將變性燃料乙醇摻配到汽油中可強化汽油燃燒，減少汽車尾氣污染物排放，有效降低大氣污染，在節能降耗增效方面效果顯著。在“碳達峰、碳中和”新時代背景下為煤氣安全生產作出了顯著貢獻，對新能源開發應用起到了巨大的推動作用。

因為煤氣的物理和化學性質，煤氣生產企業煤氣裝置存在諸多危險因素以及危險源，在煤氣生產使用過程中相應的煤氣事故頻發，煤氣泄漏造成的中毒、燃燒、爆炸事故形勢非常嚴峻，嚴重制約企業安全生產發展。所以，要求煤氣生產、加工企業必須采取有效的安全防范措施保證安全生產，切實提高煤氣生產安全與質量，使工業煤氣能夠更好的被開發和利用。本文旨在以首朗新能源科技公司采用冶金尾氣特殊生物發酵技術制變性燃料乙醇項目煤氣輸送、凈化處理、壓縮、制醇等使用過程提出若干安全措施，希望可以為冶金工業企業在生產安全和事故預防方面提供一定的參考和幫助。

該技術是以冶金煤氣作為原料氣，經除雜壓縮凈化后通過特殊生物發酵技術生產變性燃料乙醇，設計處理煤氣量約50 000 Nm3/h，年可生產變性燃料乙醇4.5 余萬噸，蛋白飼料6 000 噸，實現年營業收入4.1 億元，經濟價值是直接燃燒發電的2.5～3 倍，生產工藝過程一次減排CO2達30%，每生產1 噸變性燃料乙醇可減少CO2排放2.5 噸，項目每年減排CO2達15 萬噸，氮氧化物640 噸，顆粒物排放減少67%，經濟效益顯著且有效降低環境污染。

1 煤氣凈化、壓縮處理工藝簡介

冶金煤氣來自外界鋼鐵生產企業，煤氣初壓力約20 kPa，通過管道輸送進入一級凈化裝置去除較大固體顆粒和焦油，經焦油清洗裝置在高壓靜電場作用下去除焦油和含塵，然后壓縮增壓至0.6MPa，滿足工藝需求。再經擴容分離除水，對壓縮后的煤氣進行高壓低溫吸附系統、脫毒系統進行二級凈化處理，去除細微塵粒、苯、萘等苯系雜質，再經后續裝置加熱至290 ℃后進入氧化脫氧裝置除去煤氣中含氧，使煤氣含氧量小于1.0%，滿足安全要求。然后經冷卻器冷卻并進行氣水分離、精細過濾后獲得潔凈煤氣，為生物發酵制變性燃料乙醇工序提供合格的原料煤氣。

如圖1 所示，煤氣壓縮凈化生產工藝具有煤氣裝置設備多、工藝管線長、系統復雜等特點，且壓力高，凈化處理氣量大，以至于煤氣泄漏可能性較大，潛在危險因素較多，中毒、燃燒爆炸危險性較高。

2 煤氣的危險特性

2.1 煤氣產生及主要成分

冶金煤氣是指焦炭在工業爐的高熱環境下，與爐底通入的高溫空氣和蒸汽混合物發生劇烈的氧化與還原反應過程所生成的氣體，其主要成分是CO、H2S、CO2、SO2、H2、N2、CH4等。其中CO 和H2S 均是高毒氣體，CO 無色無味，極易造成血液中毒，而H2S 是無色、易燃的酸性氣體，有臭雞蛋氣味，容易侵害人體呼吸系統和中樞神經；主要易燃易爆組分有CO、H2S、CH4和H2等。因此，冶金工業爐煤氣是一種易燃、易爆、易中毒的毒性氣體，其生產和加工使用過程中最容易發生煤氣中毒和煤氣泄漏著火爆炸惡性安全事故。

2.2 煤氣中毒事故特性

煤氣中毒是因為煤氣中的CO、CO2是沒有顏色和氣味氣體，它與血紅蛋白親和力較強，結合速度快，比氧與血紅蛋白高200～300 倍，而碳氧血紅蛋白的分離速度比氧血紅蛋白慢3 600 倍，人體內一旦形成碳氧血紅蛋白就不易分離。因此，CO 被人體呼吸后，極容易形成碳氧血紅蛋白，從而阻礙血液的氧氣輸送和氧氣供應功能。如果CO 吸入過多，血液將完全失去氧氣輸送功能，導致人體缺氧。輕者頭暈、頭痛、全身無力、嘔吐，重者意識喪失、昏迷甚至死亡，對人體組織細胞有損傷，尤其是對大腦皮層等部位較為敏感。

2.3 煤氣著火爆炸事故特性

爆炸是一種非常快速的物理或化學能量釋放過程。爆炸可分為物理和化學爆炸，煤氣爆炸屬于化學爆炸。其特點是：當煤氣與空氣或氧氣的混合濃度含量在12.5%～74.2% 之間時，遇靜電火花、明火或高溫會產生劇烈反應，瞬間釋放大量高熱能，產生大量氣體，體積迅速膨脹。如果在封閉容器中，壓力會急劇上升，超過封閉容器承壓極限時發生爆炸。煤氣事故不僅僅發生在整個生產運營過程，在裝置啟、停及檢修動火作業時因置換不徹底氧量超標或點燃聚集的煤氣也會發生爆炸事故。

3 煤氣事故原因分析

據不完全統計，僅2005 年至2021 年工業企業發生煤氣事故50 起，其中重大傷人事故5 起，較大危害事故19 起，一般影響事故26 起，造成269 人死亡，受傷391 人，總經濟損失超過2.8 億元。通過對近年來我國發生的煤氣事故分析，不難發現造成煤氣生產事故，究其原因主要有以下5 方面[1]。

3.1 管理制度缺陷，執行力不足，現場管理混亂

很多煤氣生產企業在安全管理制度方面未制定專業、詳細的安全管理制度，甚至有的企業只是停留在紙上，掛在墻上，搞形式主義，在實際生產過程中可操作性低，不符合自身安全生產實際，導致煤氣生產安全管理制度與實際操作“兩層皮”，不能落到實處。特別是對于煤氣作業過程中的各部門之間，各班組之間以及與外協承包商之間的交叉作業問題未提出明確的規定，導致作業時各方安全責任劃分不明且缺乏必要溝通而造成事故。

3.2 煤氣生產人員安全風險意識淡薄，技能水平欠缺

現階段，化工煤氣生產企業人員流失嚴重，大部分工作人員業務水平參差不齊，專業操作技能掌握不扎實，對一些煤氣運行設備的使用也不規范。除此之外，對于煤氣生產過程中發現的跑冒滴漏隱患未及時采取科學有效地處理，安全意識和風險分析意識相對匱乏。作業人員安全意識的薄弱對煤氣生產的安全性具有非常不利的影響，增加安全隱患，同時對企業形象與經濟利益也會產生負面的影響與損失。如霸州某公司煉鋼廠“9·27”煤氣中毒事故，就是現場作業人員未能準確判斷煤氣泄漏，安全意識淡薄，盲目施救造成造成5 人死亡，2 人受傷的慘劇。

3.3 安全投入不足，安全設備設施有缺陷

很多煤氣生產企業生產工藝落后，設備設施老舊，未及時更新生產工藝和裝置，存在事故隱患多，加之近年來受疫情影響實體行業不景氣，煤氣生產企業減少了安全投入。在煤氣安全設備設施方面，由于設計缺陷未設置可靠的泄漏監測和安全聯鎖、報警、跳閘裝置，防雷防靜電設施不完備，采用的閥門、墊片、儀表等材料不符合質量要求或超過使用年限未及時檢修更換，負荷調節失當，控制機構失靈，防護裝置失效，安全檢查維護不徹底等原因，導致煤氣事故。如：濱州某公司因1#排水器有安全缺陷，未設置水封檢查口，不能清楚檢查水封水位，導致水封有效液位連續下降，直到水封被煤氣壓力瞬間擊穿，輸送煤氣大量泄漏，造成10 死7 傷，經濟損失達990 余萬元的“11·29”重大煤氣中毒事故[2]。

3.4 安全培訓不到位，安全防護不足

絕大部分煤氣事故都存在思想麻痹大意，操作不按規范，違章作業，安全防護欠缺等問題。目前大多煤氣生產企業安全培訓沒有針對性，流于形式，迫于完成任務，安管人員及煤氣作業人員無證上崗的情況仍然存在，以至于盲目指揮、盲目操作而導致事故的發生。一些企業現場管理欠缺，現場易發生煤氣泄漏區域標識不清，安全帽、CO 檢測儀、安全繩等佩戴、使用不規范，甚至有的人員不會正確使用空氣呼吸器，有的人員沒有配戴CO 檢測儀到煤氣生產區域的情況。因此，強化安全教育培訓，加強事故預防和演練是增強作業人員安全意識、提升安全技能的重要手段。

3.5 相關業務承包單位管理不規范

目前，大多煤氣生產企業大量使用外協工，將施工、檢修及部分生產任務外包給外協單位，同時將安全管理的責任也一并交由外協單位負責，存在“以包代管”，未履行安全管理職責的現象，對外協施工作業沒有實施有效的監管和協調。甚至有的煤氣生產企業在實際操作過程中，將工程項目發包給不具備相應資質的單位進行施工而導致煤氣事故。由于外協單位作業人員文化程度和安全意識普遍不高，安全生產技能低下，安全管理缺位，對生產現場不熟悉，因此，發生安全事故也就難于避免。如：河北某公司“1·04”煤氣中毒造成9 人受傷，21 人死亡重大事故的間接原因為選用無資質的外協單位對風機管道改造安裝。

4 煤氣生產凈化、壓縮安全防范對策

本裝置煤氣凈化壓縮工藝復雜，設備多、壓力高、工藝管線長、煤氣裝置涉及面廣、凈化壓縮處理氣量大等特點，危險因素以及潛在危險隱患較多，以至于煤氣泄漏可能性較大，中毒、爆炸危險性較高。尤其是離心壓縮工序及后續高壓凈化、高溫脫氧等工藝，對煤氣設備運行狀態監視，氧含量控制、溫度調節控制平穩達標尤為重要[2]。

目前首朗新能源科技公司已在全國各地建成多家燃料乙醇生產基地，年產燃料乙醇約30 萬噸，通過制定科學的安全管理制度與可靠的安全防范措施，自2018 年建成投產以來，未發生一起煤氣傷亡事故，實現了重傷和死亡事故為零，重大中毒、火災爆炸、環境污染事故為零的安全生產目標。

做好煤氣安全生產，必須嚴格按照相關標準執行[3]，其裝置從建設安裝到投產使用，遵守安全第一，預防為主，以人為本，做到管、查、培、創等幾個重點方面工作：

管理：貫徹煤氣安全管理標準，加強設備缺陷管理，保障煤氣安全生產。煤氣安全生產管理必須按“事事有人管，人人有事做”的原則，嚴格落實煤氣安全標準化，規范系統生產管理，針對作業人員技能水平高低不一的現狀，公司實施以下管理措施來規范大家的作業行為和習慣。(1)制定煤氣作業管理制度、定期更新完善，讓煤氣作業人員記于心、踐于行。(2)煤氣作業現場設立了安全風險公示牌、煤氣作業管理制度牌、危險事故警示牌和安全風險分布圖，使作業人員對生產現場環境一目了然。(3)建立健全煤氣設備置換、清洗、修理更換、三劑裝填等重大實施方案，讓作業人員操作有據可依、有章可循。(4)結合國內外典型事故案例，常見故障，定期組織作業指導書的修訂，全員參與，力求指導書的安全性、可操作性。(5)加強設備缺陷排查、整改、再排查，定人、定時、定措施的閉環管理，保證設備安全可靠，根據全廠風險評估，對隱患按輕、重、緩、急進行危險性分級，實行分級管控，遵照“大事不過天，小事不過班”的隱患處理原則，防患于未然。

檢查：利用作業審批制度、逐級簽定安全生產責任保證書、全員安全績效考核等管理手段，加強標準化、專業化工作的執行監管、層層落實。煤氣裝置檢修、倒換、改裝等施工現場，常常關系到設備工作狀態發生變化，工藝介質改變等，是安全事故頻發地帶。通過全面貫徹執行工作票檢查制度，對檢修作業的開工許可、檢修工器具的選取、現場安全措施部署、作業過程質量監督和完成后的確認檢驗等所有交接流程實施管理，進行過程控制，確保從開工至完成和檢驗投用的人、機器、料、法、環等每個環節均安全可靠。除此外，還需做到以下幾點：(1) 檢查裝置建設初期，是否嚴格落實“三查五定”工作，對裝置設備管道、閥門、放散、安全聯鎖的設計圖紙、過程安裝進行質量控制，把好安裝質量首關。(2)煤氣裝置運行過程中，由于生產作業環境惡劣，操作調整頻繁，容易發生操作事故，須嚴格執行作業指導書及操作規程要求，提升運行參數監視、系統調節質量，針對重大事故和問題隱患多發地，加強對企業生產現場設施的檢測能力和頻率，使重大事故隱患早發現、快解決，消滅在萌芽階段。(3)嚴格執行“兩票三制”制度，它是企業安全生產最根本的保障，在操作過程中每項操作必須按操作票所列的項目內容和順序逐步操作，填票時采取一人唱票，一人復票，多人把關；操作時一人操作，專人監護，杜絕人為因素的誤操作。(4)定期進行現場電氣、儀表、機械、運行操作等日常安全檢查，對發現的隱患下發限時整改通知，檢查整改完成經評估合格后投用。(5)涉及到煤氣區域動火，由檢修單位辦理動火許可，專人監護，安管人員多人、多頻次巡回監督檢查。

培訓：加強作業人員業務技能與事故演練，提高現場事故應急處置能力。(1)煤氣生產班組可以采取集中授課和日常崗位培訓相結合的方式，組織技能培訓或安全學習，充分利用班前、班后會加強安全思想教育和煤氣作業理論知識培訓，考試合格，持證上崗。(2) 以安全活動月或安全活動日為契機，加強煤氣安全生產宣傳和安全事故應急預案演練，組織觀看煤氣事故紀錄片及安全警示視頻，總結教訓，警鐘長鳴，提高安全意識和規范安全行為，讓每一位員工清楚煤氣生產過程存在的安全風險、事故后果和預防措施。(3) 開展煤氣生產“老帶新、師帶徒”的傳幫帶活動，讓每一位操作人員知其然還要知其所以然，大力開展學業務、比本領、保安全的技能培訓和知識競賽活動，使作業人員的理論知識和實際操作技能、應急處置能力均得到大幅度提高，一旦發生緊急情況，做到科學、安全、高效救援。

創新：加大創新力度和投入，采用新工藝、新技術、新裝置降低煤氣系統安全風險。(1)管理創新，為了避免泄漏、爆炸事故發生，必須配備專業的安全技術管理人員，配置檢測檢驗設施和勞動防范用具，制定完善的煤氣生產和使用安全操作規程，以及煤氣安全管理的崗位責任制，明確責任，獎罰分明，設專人進行監督檢查，一絲不茍的堅決執行。(2)技術創新，不僅要按國家標準合理、全方位裝設煤氣泄漏檢測及安全聯鎖保護裝置，還需定期對檢測儀及連鎖裝置進行檢定，確保使用準確、安全可靠，使其煤氣生產區域不留人實現自動化運行，很大程度上減少了人員在煤氣區域內的滯留時間，降低了現場人身傷害事故的風險。(3)裝置創新，采用先進可靠的機械化、自動化安全手段創新投入，嚴禁使用國家明令禁止的工藝和設備，強化煤氣的安全監測，嚴禁裝置“帶病”運行，減少物的不安全狀態。

5 結語

煤氣系統在生產、運行過程中，因人的不安全行為、設備、工藝、環境及管理缺陷等原因，存在發生煤氣泄漏、中毒、火災爆炸等安全事故。所以煤氣生產、凈化壓縮、深加工等企業，有效地防止煤氣生產安全事故必須防治結合。首先，不能僅僅從工藝操作上下功夫，還應該提高從業人員煤氣生產安全思想意識，加大煤氣安全生產應急管理體系建設和完善，重視煤氣的安全監測、煤氣監控設備和煤氣工藝流程優化；其次，不斷推進煤氣安全技術創新，采用先進的生產工藝及設備，有效提高工藝設備安全系數和提升煤氣生產作業人員的素質等方面的防范措施。同時加強政府監督和行業監管，嚴肅查處事故，認真汲取事故教訓。只有這樣，才能科學地、合理地、安全可靠地組織好煤氣生產，扎實高效地防范煤氣安全生產事故的發生，實現長周期、大規模、低能耗、高效益的生產目標。