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1、水煤浆气化安全技术 兖矿国泰气化车间 刘勇,1. 前言,气化装置是在高温高压下操作，所使用的原料煤为可燃物质；高纯度的原料氧，为助燃物；产品煤气及副产物是易燃易爆、有毒有害气体，并使用了氮气、蒸汽等危险性介质。在生产过程中容易发生火灾、爆炸事故和灼伤、中暑等职业危害。因此在设计、安装、制造过程中必须采取必要的措施，确保气化装置的安全、稳定运行。,气化系统是生产合成氨和甲醇的制气环节，气化 炉的操作温度较高，而且有公用工程送入气化界区废 水，每一个部位出现问题都可能会造成煤气（CO）等有毒有害介质泄漏，不仅影响人身安全，严重者造成着火、爆炸。因此安全形势十分严峻，加大对煤气预案的实际演练力度，是
2、安全形势的大势所趋。根据岗位现在实际情况要进行安全风险评价。 重点危险部位： 气化炉、洗涤塔、氧气管线、煤气管线。,水煤浆气化危险源： 1、气体：氧气，氮气，一氧化碳，二氧化氮，氢气，硫化氢，废气、蒸 汽 2、液体：灰水，黑水，激冷水，变换冷凝液，冲洗水 3、固体：添加剂，絮凝剂，分散剂 4、声音；噪声,2. 主要危险性,本流程原料主要为煤浆、氧气和氮气，产品合成气主要成分为CO、H2、CO2及少量CH4、H2S。各物质主要物理化学性质及防护如下： 2.1 O2 标识中文名:氧气; 分子式O2;分子量32.00;性状:无色无味;应用:焊接、医药、染料、炸药。 1）物理性质:熔点() -218.
3、4；沸点() -182.98；溶解性相对密度溶于水和酒精1.11空气为1 2）化学性质:燃烧性助燃危害是易燃物、可燃物燃烧爆炸的基本元素之一，能氧化大多数活性物质。与易燃物(乙炔、甲烷)形成有爆炸性的混合物。 3）防护：灭火时切断气源，喷水冷却容器，雾状水、二氧化碳灭火。氧管道、管件及阀门必需光滑、脱脂，按国标施工。,2.2 CO 标识 中文名:一氧化碳; 分子式CO；分子量:28.01；性状:无色无味；用途:用于化学合成，如合成甲醇、光气，及精炼金属还原剂 1)物理性质: 熔点() :-207.0；沸点() :-191.48；相对密度:0.97；溶解性:微溶于水、溶于乙醇、苯等有机溶剂。 2
4、)化学性质: 燃烧性：易燃；稳定性：稳定;燃烧产物:CO2;闪点() -50;爆炸上限V%:74.2(空气) 94(氧气);爆炸下限V%: 12.5(空气)15.5(氧气),3)危害: 与空气混合形成爆炸性混合物，遇明火、高温能引起爆炸。一氧化碳在血液中与血红蛋白结合而造成组织缺氧。急性中毒时：轻度头痛、头晕、耳鸣、心悸、恶心、呕吐、无力； 中度中毒除以上症状以外，还有面色潮红、脉快、烦躁、步态不稳、意识模糊，可能昏迷；重度昏 迷者昏迷不醒、 瞳孔缩小、 频繁抽搐、大小便失禁等；深度中毒可死亡。长期吸入一定量的一氧 化碳可致神经和心血管系统损害。接触限值为30mg/m3。,4)防护: 灭火时切
5、断气源。若不能切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。工程控制应严加密闭，提 供充分的局部排风和全面排风。生产、生活用气必须分路。呼吸系统防护：空气中浓度超标时，必须佩带防毒面具。紧急事态抢救或逃生时，建议佩带正压自给式呼吸器。现场严禁烟火，进入罐或 其它高浓度区作业时，须有人监护。泄露时，迅速撤离污染区，人员至上风区，并隔离至气体散 尽，切断火源。 5)备注: 最低着火点：空气中609，氧气中588。燃烧时火焰呈蓝色。,2.3 H2 标识 中文名:氢气; 分子式:H2分子量: 2.01性状:无色无味;用途:用于合成氨和甲醇等、石油精制、有机氢化及作火箭燃料 1)物理性质: 熔点()-259.1
6、4沸点()-252.75相对密度0.07溶解性:不溶于水、乙醇、乙醚 1)化学性质:燃烧性:易燃;稳定性:稳定;燃烧产物:H2O;闪点() %-50;爆炸上限V% 74.1(空气)94(氧气);爆炸下限V%:-4.1(空气)4(氧气) 2)危害: 与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等发生剧烈反应。在浓度很高时，因氧分压降低而造成窒息，可出现麻醉现象。,3)防护: 不能与强氧化性物质混放。避免光照。灭火时要切断气源，若不能立即切断气源，则不允许熄灭正在燃烧的气体。工程控制应密闭操作，提供良好的自然通风条件。工作现场严禁烟火避免高浓度吸入。吸入时，应迅速脱离现场至空气新鲜
7、处。保持呼吸通道畅通。呼吸困难时输氧。呼吸停止时，立即进行人工呼吸，就医。进入罐或其它高浓度区作业，需有人监护。 4)备注:最低着火点：空气中572，氧气中560。燃烧温度可达2000。,2.4 CO2 标识 中文名:二氧化碳 ；分子式：CO2；分子量44.01；性状：无色无味用途：应用于饮料、冷冻、焊接保护气、铸造吹硬、灭火剂 1）物理性质：沸点()：-78.21；相对密度：1.52溶解性：溶于水 2）化学性质：燃烧性：不燃；稳定性：稳定。 3）危害： 二氧化碳为兴奋剂，对神经中枢有刺激和麻醉作用。大量吸入二氧化碳会因缺氧而窒息死亡。急性中毒会突然呼吸困难、头昏；严重口吐白沫，甚至窒息死亡。
8、 4）防护： 进入设备须分析氧含量20%方可进入。若浓度大时需戴隔离式防毒面具，不可使用过滤式。用二氧化碳灭火时，不要轻易进入窒息区，尤其是管线、塔、罐内部工作。急救：迅速移至空气新鲜处，并注意保暖。呼吸困难或停止呼吸者，应立即进行人工呼吸或输氧。,2.5 N2 标识中文名氮气; 分子量28.01;分子式N2;性状无色无味;应用合成氨、硝酸，用作保护剂、冷冻剂 1)物理性质:熔点()-209.86沸点()-195.78相对密度0.97溶解性微溶于水和酒精 2)化学性质:燃烧性不燃;稳定性稳定. 3)危害:惰性气体，有窒息性。氮气过量，引起氧分压下降，会引起缺氧。防护工程控制时要密闭操作，现场提
9、供良好通风条件。高浓度环境中，要戴供气式呼吸器。穿工作服，必要时戴防护手套。吸入时迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸通道畅通。呼吸困难时输氧。呼吸停止时，立即进行人工呼吸，就医。,3. 预防和控制 3.1 气化装置的安全设计 3.1.1 与安全有关的自控联锁 气化装置在生产过程中技术复杂，危险性大。装置界区内有多种易燃、易爆、有毒、有害介质，如煤气、H2S、N2、煤粉尘等。为了确保气化生产的安全稳定运行，本装置采用先进的集散控制系统及自动调节、报警、安全联锁等自控措施。在紧急情况下，安全联锁将自动动作，以确保装置安全。主要的安全联锁有：,主要的安全联锁有： (1) 制浆系统安全联锁； (2)
10、气化炉安全联锁； (3) 烧嘴冷却水泵联锁； (4) 烧嘴冷却水备用阀联锁； (5) 烧嘴冷却水阀联锁； (6) 激冷水备用联锁； (7) 除氧水泵联锁； (8) 低压灰水泵联锁； (9) 低温热水泵联锁； (10) 高温热水泵联锁； (11) 锁斗逻辑系统。,3.1.2 氮封及事故用氮 为了隔绝空气，防止氧气进入系统及防止有毒有害或对环境可能造成不利影响的介质外逸，本装置广泛采用氮封技术，即在容器内按一定速率充入低压氮，在液体与空气之间形成一层氮气隔离层。 在开停车时，必须使用氮气进行置换，使系统中氧气或可燃性气体含量合格，防止发生爆炸或火灾事故。当煤仓中的煤由于储存不当造成自燃时，可以用低
11、压氮进行灭火处理。,3.1.3 通风系统 对有火灾、爆炸危险的封闭厂房，除充分利用自然通风外，还采用机械通风措施。对于煤粉尘危害严重的煤输送系统、磨机系统采用了机械通风装置。,3.1.4 电气设备的安全设计 根据防雷设计规定，对工艺厂房和相应的设备管道设有防雷击、雷电感应和防雷电波措施。气化装置生产过程中存在大量的易燃易爆气体和助燃气体。因此，对装置区内的工艺设备、电气设备、工艺管道以及金属平台等可能积聚静电荷，引起火灾爆炸或危害人身安全的区域，装有静电接地装置。对氧气管线，特别地设置严格的静电接地措施。,3.1.5 防火防爆措施 (1)采用止回阀、切断阀防止火灾及爆炸的扩大。采用安全阀泄压防
12、止管道、设备超压。 (2)对于氧气管线应严格进行脱脂处理。工艺烧嘴吊出后，氧管炉头法兰应加防护罩防止杂物进入。在紧急状态下为了能迅速切断氧气，氧气切断阀及流量调节阀设计成能快速关闭。氧气切断阀关闭时间为1秒，氧气流量调节阀关闭时间为3秒。 (3)防爆区内的有关电机、电动阀门、电梯、电源接头、现场电话等均采用防爆处理。 (4)现场所有的消防、救护、通讯设施均应定期检查，保持完好。,3.2与流程有关的过程安全控制 设计原则：安全为了生产，生产必须安全。 (1)工艺常识个人须具备工艺常识，特别是过程中有潜在危险的流程工段。 (2)高温气化炉应与外界隔离，炉壁温达295。操作工必须意识到暴露金属外壳的
13、高温。穿过炉的热电偶能有效测定气化炉热点温度。炉壁温度由表面热电偶、红外线测温仪测定。 (3)安全逻辑系统每当有危害设备安全、断电、断仪表空气等情况发生时，运用安全逻辑系统应能安全开停车，同时保证生产设备和人身安全。停车触发器由系统设定自动进行，一旦触发，人工无法干预。 (4)DCS对装置进行集中控制和检测，现场仅需巡视和操作。DCS设置单独接地系统，以防接地不良而带来DCS系统的异常动作。,设计完善的参数越限报警和自动联锁系统，防止事故发生。DCS与信号线应采取必要的屏蔽措施，防止因信号干扰而产生错误显示和操作。 (5)控制室及巡检岗位应设有灯光指示、铃声报警等控制系统，并设调度电话与各岗位
14、联系，以保证协调生产和安全生产。 (6)皮带输送在操作中任何皮带运转都要有人监护。设计中任何设备运转部分都要有防护装置。 (7)工作区域清洁控制室及现场必需保持无杂物，也就是无碎纺织品，无不需要的设备，无其他妨害安全的物品。,(8)规程所有人员必需严格执行工作规程、程序和安全规程。规程主要有： 禁入规程：非工作人员未经允许不得进入工作区域。非控制室人员不经允许不得进入控制室。非工程师及管理员禁止修改工艺参数。 进入容器：进入管线、罐、塔和其它容器要分析一氧化碳含量和氧含量，办钻塔进罐许可证。须动火时办动火证。必要时佩带空气呼吸器或长管式呼吸器。 联系调度：操作工必需掌握调度程序，服从调度指令，
15、确保生产安全。,(9)工业监控烧嘴及氧管线位置应安装闭路电视监控系统，终端位于控制室。控制室应能随时监控烧嘴安装和氧管线安全情况。 (10)长明火炬火炬水封槽闪蒸汽放空应装有长明火炬，接弛放气，使闪蒸出的可燃气体及开停车时放空气充分燃烧,避免污染和发生安全事故。 (11)氧煤混合点燃煤浆必须先进入气化炉，氧气然后进入开始点燃。假如先加入氧气会引起一次潜在而有力的爆炸。这是由于过量的氧气会和煤发生迅速燃烧并和氧气产生数量可观的一氧化碳 。,(12)氧气管线氧气管线的设计及施工应以氧气安全规程为标准。氧气管线的脱脂清洗不低于HJG202-82脱脂施工及验收规范所定标准。所有氧气管线在投用之前必需清
16、除所有异物。假如有异物残存且氧气速率达到一定值，异物就会燃烧，从而引起氧管燃烧，造成火灾。 (13)氧气切断阀之间应加氮气保护。 (14)烧嘴冷却水压力应低于气化炉压力，烧嘴冷却水气体分离器放空管线设CO监测报警装置，一旦CO超标，表明合成气有可能进入工艺烧嘴盘管，工艺烧嘴有损害现象，须及时停车处理。 (15)烧嘴冷却水泵、低压灰水泵、黑水循环泵应设计为自启动泵。当运行泵跳车时或流量低于设定值时，备用泵自启动。,(16)换烧嘴时应戴防火面罩、穿石棉衣；用四氯化碳洗擦密封面、管道内壁。 (17)应配置长管呼吸器、空气呼吸器、隔离式防毒面具，防毒器材柜定置摆放，做到灵活、安全、好用，并定期检查、更
17、换。 (18)受压设备、容器和管路上应设置安全阀，以保护设备和管路的安全运行。安全阀应定期校验。 (19)煤浆管道拆检时应戴防护眼镜。,3.3 消防及器材 3.3.1 火灾扑救方法 (1)隔离法：将火源与火源附近的可燃物隔开，中断可燃物的供给，使火势不能蔓延。 (2)冷却法：用水等灭火剂喷射到燃烧的物质上，降低它的温度，当温度下降到该物质的燃点以下，火就会熄灭。 (3)窒息法：用不燃物质覆盖，包围燃烧物，阻碍空气或其它氧化剂与燃烧物质接触，燃烧因缺乏助燃物质而停止。 4.3.2 消防 (1)现场应安装防爆灯具，所用电机应为防爆电机。 (2)气化炉与气化炉之间应建防火墙。 (3)从火灾危险性上看主要的危险场所为：DCS控制室及气化炉处。因此重点防护部位为以上两处。,
