干式煤氣柜泄漏及中毒后果分析

1、干式煤氣柜泄漏及中毒事故預(yù)測后果分析王宇新，黃斌 ）（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙摘要：文章通過對(duì)煤氣柜煤氣泄漏及擴(kuò)散范圍的研究，利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可以估算出 擴(kuò)散影響的范圍及相應(yīng)的中毒人數(shù)，可以幫助企業(yè)了解煤氣柜區(qū)域事故后果的影響范圍，并對(duì)煤氣柜這種重大危險(xiǎn)源的管理和控制有一個(gè)量的概念。關(guān)鍵詞：煤氣柜；泄漏；中毒；重大危險(xiǎn)源中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)： ） （ 為了減少環(huán)境污染和節(jié)約資源，在現(xiàn)在的大中型冶煉企業(yè)一般均設(shè)置了煤氣柜，一方面可以減少 另一方面可以回收煉鐵高爐有毒氣體 的排放，及煉鋼轉(zhuǎn)爐中的煤氣用來作為能源或發(fā)電的原料，以達(dá)到資源綜合利用目的。煤氣的主要成份為 和 ， 的

2、主要危害特點(diǎn)是中毒及燃爆， 的主要危害特點(diǎn)是燃爆，因此一般煉鋼企業(yè)氣柜區(qū)的事故為中毒事故和燃爆事故。根據(jù)對(duì)某企業(yè)氣柜區(qū)過去十年中已發(fā)生的 起事故及發(fā)現(xiàn)的事故隱患分析情況來看，煤氣泄漏事故占了 因雷擊而引起的燃燒事故只有 起，起， 其中一起事因煤氣泄漏而引起的中毒事故有 起，故造成 余人中毒， 有 起煤氣泄漏事故由于當(dāng)時(shí)儀器報(bào)警及時(shí)采取了措施，消除了事故隱患，沒有造成嚴(yán)重后果。因此煤氣中毒是氣柜區(qū)最容易發(fā)生的事故。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) 重大危險(xiǎn)源辯識(shí)煤氣的兩種主要成份均屬于重大危險(xiǎn)源的危險(xiǎn)，物質(zhì)，而一般大中型企業(yè)的煤氣柜容量均較大，達(dá)到了重大危險(xiǎn)源的臨界值。煤氣柜區(qū)中毒事故易發(fā)性的特點(diǎn)，構(gòu)成了安全生產(chǎn)的

3、重大隱患，引起安全生產(chǎn)領(lǐng)域的高度重視，并對(duì)大型煤氣柜這種重大危險(xiǎn)源的管理和控制開展了廣泛的研究工作。煤氣柜泄漏及中毒事故分為二步，第一步是泄漏，第二步是 擴(kuò)散導(dǎo)致周圍人群中毒。 煤氣泄漏分析煤氣柜泄漏導(dǎo)致中毒的原因有多種，與所處環(huán)境和使用的工藝及煤氣組成成份有關(guān)，但現(xiàn)代煉鋼企業(yè)的煤氣柜的工藝和所處環(huán)境大同小異，現(xiàn)在以某煉鋼企業(yè)為例進(jìn)行分析。 煤氣泄漏原因分析 某煉鋼企業(yè)動(dòng)力廠煤氣柜區(qū)有一座 轉(zhuǎn)爐卷簾密封型煤氣柜和一座 稀油密封 型高爐煤氣柜。轉(zhuǎn)爐煤氣的成份為：一氧化碳（ 、 ）二氧化碳（ ） 氫氣（ ） 、甲烷（ ）氧氣（ ） 氮?dú)猓?、 、 一 ） 高 爐 煤 氣 的 成 份 為： 氧 化

4、碳 （ 等； ）二氧化碳（ ） 氫氣（ ） 氧、氣（ ） 氮 氣 （ ） 二 氧 化 硫 、（ ） 等。一般情況下，煤氣柜區(qū)煤氣泄漏的原因有以下幾點(diǎn)： 各處水封由于系 煤氣設(shè)備和管道發(fā)生破損、統(tǒng)壓力突然升高，可能會(huì)造成跑煤氣現(xiàn)象從而導(dǎo)致操作人員煤氣中毒。 閥門處密封不嚴(yán)密，煤氣 加壓機(jī)管道連接處、泄漏有可能導(dǎo)致中毒事故。 遇煤氣壓力 煤氣柜放散系統(tǒng)及燃燒放散管，波動(dòng)及自然氣候的低氣壓天氣，煤氣放散管燒嘴因故障熄滅，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)（排除）隱患，可能引起煤氣放散下風(fēng)側(cè)多人中毒的重大傷亡事故。 儲(chǔ)存的氣體對(duì) 煤氣柜和管道都用鋼材建設(shè)，作者簡介：王宇新（ ）男，主要從事安全管理及安全評(píng) ， 工程師，價(jià)工

5、作。第期王宇新， 干式煤氣柜泄漏及中毒事故預(yù)測后果分析等：氣體溫度取常溫 ， 值取 將以上數(shù)值代入式（）得：氣柜和管道有一定的腐蝕作用，在煉廠冶煉廢氣較多的環(huán)境下，外部的 均對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有較， ， 強(qiáng)的腐蝕作用，特別是 腐蝕危害對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有較大影響。除了大氣和煤氣中所帶的腐蝕因素之外，煤氣柜體焊縫等處由于金屬與金屬、金屬與非金屬因內(nèi)外氧濃差不同形成濃差電池，縫隙內(nèi)為陽極易被腐蝕產(chǎn)生泄漏。大部分冶煉廠中的煤氣柜系統(tǒng)均需隔一到二年即進(jìn)行防腐蝕處理，否則將會(huì)因?yàn)楦g而出現(xiàn)煤氣到處泄漏的情況。 煤氣泄漏過程研究 氣體或蒸汽經(jīng)小孔泄漏，因壓力降低而膨脹，該過程可視為絕熱過程。假設(shè)氣體符合理想氣體狀態(tài)方程，則根

6、據(jù)柏努利方程可推導(dǎo)出如下的氣體泄漏公式： （） 式中 為氣體泄漏流量 為排放系數(shù)，當(dāng) ； 半小時(shí)煤氣泄漏量為 。其中 的量為 。 轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)算轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)算結(jié)果如下： 裂口面積 氣體泄漏系數(shù) 管道內(nèi)介質(zhì)壓力 環(huán)境壓力 分子量 平均值） 轉(zhuǎn)爐煤氣分子量按一，（氧化碳（體積比） 、 二氧化碳 、 氫氣 、氧氣 、 烷 、 氣 的 比 例 進(jìn) 行 甲氮計(jì)算。取為氣體常數(shù)， 氣體溫度取常溫 ， 值取 將以上數(shù)值代入式（）得： 半小時(shí)煤氣泄漏量為 。其中 的量為 。槡裂口形狀為圓形時(shí)取 ， 三角形時(shí)取 ， 長方形時(shí)取 ； 為泄漏口面積 為容器內(nèi)氣體 ；壓力 為環(huán)境壓力 是等壓； ； 為絕熱指數(shù)，比熱容與等

7、容比熱容的比值； 為氣體的分子量 取 。 為氣體常數(shù)， ；從高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的成份來看，轉(zhuǎn)爐煤氣的 含量很高，高爐煤氣中的 雖然稍少，但最高也達(dá)到了 左右，一旦發(fā)生泄漏也非常容易引起中毒。下面以高爐煤氣柜和轉(zhuǎn)爐煤氣柜壓力過高擊穿水封，煤氣泄漏 事故為基礎(chǔ)，進(jìn)行煤氣 泄漏后果計(jì)算。計(jì)算高爐煤氣柜和轉(zhuǎn)爐煤氣柜壓力過高擊穿水封，煤氣泄漏 的泄漏量。 水封高度均以 計(jì)，管道直徑為 ，壓力按高爐煤氣 ， 轉(zhuǎn)爐煤氣 計(jì)，根據(jù)煤氣泄漏計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算。 高爐煤氣計(jì)算高爐煤氣泄漏計(jì)算結(jié)果如下： 裂口面積 氣體泄漏系數(shù) 煤氣擴(kuò)散 中毒范圍估算 地理位置 煤氣柜區(qū)東面為煤氣救 護(hù) 隊(duì) 辦 公 樓 和 型 帶 材

8、廠，南面為熱軋板廠和三煉鋼，西面為環(huán)城鐵路，環(huán)城鐵路對(duì)面為總廠生產(chǎn)管理中心，北面為市燃?xì)夤久簹夤瘛Ｕ麄€(gè)動(dòng)力廠煤氣柜區(qū)域?yàn)槿切?，占?萬位于一個(gè)較高的山包頂上，面積約為 左右，地面標(biāo)高比旁邊的廠房和道路高出 左右。 區(qū)域內(nèi)有辦公樓一座、煤氣柜 加壓站 座、個(gè)。 煤氣擴(kuò)散模型 一般大氣擴(kuò)散主要研究有害物質(zhì)傳播和物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系，目前可用梯度輸送系統(tǒng)理論、統(tǒng)計(jì)工作理論和相似性理論來處理這個(gè)問題，從這些理論體系出發(fā)可以導(dǎo)出許多擴(kuò)散模式，其中應(yīng)用最廣的是根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論導(dǎo)出的正態(tài)高斯分布假定下的擴(kuò)散模式，也就是通常所說的高斯擴(kuò)散模式。煤氣柜一般在地面上，因此煤氣柜進(jìn)出管道泄漏相當(dāng)于地面連續(xù)點(diǎn)源，泄漏后

9、的氣體按高斯擴(kuò)散模式的地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式進(jìn)行分析，數(shù)學(xué)模型管道內(nèi)介質(zhì)壓力 環(huán)境壓力 分子量 平均值） 高爐煤氣分子量按一，（氧化 碳 （ 積 比） 、 氧 化 碳 、 氣體 二 氫 、 氧氣 、 氮?dú)?的比例進(jìn)行計(jì)算。取為氣體常數(shù)， 見下式：湖南有色金屬對(duì)應(yīng)區(qū)域的坐標(biāo)值均為負(fù)值。第卷 （） （，；） 為下風(fēng)向空間某一位置的污染物濃度（，；） ；方向的標(biāo)準(zhǔn)差（水平擴(kuò)散參數(shù)） ； 為 為方向的標(biāo)準(zhǔn)差（垂直擴(kuò)散參數(shù)）珔 為平均風(fēng)速 ； ； 為源強(qiáng) 。 當(dāng)煤氣通過放散管放散時(shí)，則放散濃度按高架點(diǎn)源進(jìn)行計(jì)算： （） （，； ） （）()表 高爐煤氣泄漏事故 擴(kuò)散濃度（部分點(diǎn)） 縱向距離橫向距離 ()

10、表 轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏事故 擴(kuò)散濃度（部分點(diǎn)） 縱向距離橫向距離 當(dāng)其中 為放散管高度， 為離地面的高度， 時(shí)， （，； ）等于 值為地面濃度。從上兩式可以看出，擴(kuò)散參數(shù) 是估算大、氣污染物濃度的二個(gè)重要參數(shù)。擴(kuò)散參數(shù)直接與大氣湍流性質(zhì)有關(guān)，它的定量規(guī)律可以通過大氣擴(kuò)散理論研究和實(shí)驗(yàn)兩方面獲得。但目前使用的擴(kuò)散參數(shù)仍以實(shí)驗(yàn)資料為主要依據(jù)，通常 和 都是通過野外現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)得到，再把這些數(shù)據(jù)表示為擴(kuò)散距離、大氣穩(wěn)定度和下墊面粗糙度的函數(shù)，從而獲得一些經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)散參數(shù)公式。目前所用的主要是 擴(kuò)散 參 數(shù)、 擴(kuò) 散 參 數(shù) 和 國 標(biāo) 制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法推薦的擴(kuò)散參數(shù)，由于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的原因，只能

11、使用擴(kuò)散參數(shù)冪函數(shù)表達(dá)式。 煤氣擴(kuò)散后果分析 將 中煤氣泄漏 的數(shù)值代入式（）再 ，利用軟件作圖，則可以得到管道破損煤氣泄漏事故后， 擴(kuò)散所影響到的范圍（假定煙氣不抬升，即抬升高度為 。我們可以根據(jù)泄漏點(diǎn)周圍的濃度畫出）表格，同時(shí)也可以根據(jù)等濃度圖確定 致死區(qū)（大于 、 ）嚴(yán)重區(qū)（ ）較重 、區(qū)（ ） 、中 度 區(qū) （ 、 、 ）輕傷區(qū)（ ）有影響區(qū)（ 小于 ） 、 ） 安全區(qū) （ 等。高 爐 煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏事故 擴(kuò)散濃度測試數(shù)據(jù)分別列于表 表 、。表中數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域如圖 所示， 中表數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的區(qū)域如圖 所示。均是以泄漏點(diǎn)為原點(diǎn)，刮東北風(fēng)向時(shí)煤氣擴(kuò)散的區(qū)域范圍，因此圖中所 從圖 圖 可

12、以看出，、高爐煤氣泄 漏 后，從轉(zhuǎn)爐煤氣柜泄漏點(diǎn)到西南方向（設(shè)泄漏時(shí)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)） 左右的范圍為死亡區(qū)，最遠(yuǎn)擴(kuò)散到了煤氣柜南邊的道路上，死亡區(qū)的范圍大約為 嚴(yán)重區(qū)距泄漏點(diǎn)約 范圍約為 ；，較重區(qū)距泄漏點(diǎn)約 范圍約為 ；， 中度區(qū)距泄漏點(diǎn)約 范圍約為 ；， 輕傷區(qū)距泄漏點(diǎn)約 范圍約為 有影響區(qū)距泄， ；漏點(diǎn)約 范圍約為 ， 。轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏 后， 從轉(zhuǎn)爐煤氣柜泄漏點(diǎn)到西南方向 左右的范圍為死亡區(qū)，最遠(yuǎn)擴(kuò)散到了精制煤氣加壓機(jī)房附近，死亡區(qū)的范圍大約為 。 嚴(yán)重區(qū)距泄漏點(diǎn)約 擴(kuò)散到了燃?xì)?，車間的高爐加壓機(jī)房，范圍約為 ； 較重區(qū)距泄漏點(diǎn)約 范圍約為 。，從以上數(shù)據(jù)及圖形可以看出，轉(zhuǎn)爐煤氣因含 量高，即

13、使在同樣泄漏 的情況下，所影響到 的區(qū)域比高爐煤氣的要大。因此轉(zhuǎn)爐煤氣比高爐煤氣更加危險(xiǎn)，對(duì)于轉(zhuǎn)爐煤氣柜的管理和日常操作也應(yīng)更加謹(jǐn)慎。第期王宇新， 干式煤氣柜泄漏及中毒事故預(yù)測后果分析等：圖 萬高爐煤氣柜管道泄漏事故的 地面等濃度圖與地形配合圖圖 萬高爐煤氣柜管道泄漏事故的 地面等濃度圖與地形配合圖 重大危險(xiǎn)源分級(jí)國家安全監(jiān)督總局 年發(fā)布的重大危險(xiǎn)源分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）， 重大危險(xiǎn)源分級(jí)具體判別的依據(jù)如下： 可能造成死亡 人（ 一級(jí)重大危險(xiǎn)源： 含人）以上的重大危險(xiǎn)源。 可能造成死亡 二級(jí)重大危險(xiǎn)源： 人的重大危險(xiǎn)源。 可能造成死亡 三級(jí)重大危險(xiǎn)源： 人的重大危險(xiǎn)源。 可能造成死亡 四級(jí)重大

14、危險(xiǎn)源： 人的重大危險(xiǎn)源。根據(jù)上文所分析的后果顯示，在高爐煤氣泄漏 后， 距高爐煤氣柜泄漏點(diǎn)下風(fēng)方向 之內(nèi)的范圍為可能引起死亡的區(qū)域。上文中劃出的擴(kuò)散范圍是當(dāng)泄漏時(shí)刮東北風(fēng)的情況。根據(jù)煤氣柜實(shí)際所處的地理環(huán)境，當(dāng)刮東南風(fēng)時(shí)，燃?xì)廛囬g辦公樓湖南有色金屬第卷（常在人員約 以下所示均為常在人員，不 人，包括聚會(huì)、開會(huì)等人員集中情況）在死亡區(qū)內(nèi)，當(dāng)刮 大部分西北風(fēng)時(shí)，煤氣救護(hù)隊(duì)的辦公樓（ 人） 在死亡區(qū)內(nèi)。當(dāng)刮北風(fēng)時(shí)，南邊的廠內(nèi)道路上的人會(huì)受到一定影響（可能為 。 人）綜上所述，高爐煤氣柜泄漏所影響到的最多死亡人數(shù)為 人， 根據(jù)重大危險(xiǎn)源的分級(jí)方法，應(yīng)屬于二級(jí)重大危險(xiǎn)源。轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏 后， 距轉(zhuǎn)爐煤氣

15、柜泄漏點(diǎn)下風(fēng)方向 左右的范圍為死亡區(qū)。上文中計(jì)算所顯示的范圍是風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)時(shí)的影響區(qū)域，當(dāng)刮其它風(fēng)向時(shí)，所影響的區(qū)域各不相同。如刮北風(fēng)時(shí)，燃?xì)廛囬g辦公樓處于死亡區(qū)內(nèi)，刮東風(fēng)時(shí)，生產(chǎn)調(diào)度室一角處于死亡區(qū)內(nèi)，辦公樓內(nèi)日常約有 人，受影響的人數(shù)約為 刮西風(fēng)時(shí)，四軋鋼有一 人，部分廠房在死亡區(qū)內(nèi)，影響人數(shù)約為 人。綜上所述，轉(zhuǎn)爐煤氣柜泄漏所影響到的最多死亡人數(shù)為 人， 根據(jù)重大危險(xiǎn)源的分級(jí)方法，應(yīng)屬于二級(jí)重大危險(xiǎn)源。因?yàn)槊簹夤駞^(qū)內(nèi)的 座氣柜都在 范圍之內(nèi)，應(yīng)屬于一個(gè)重大危險(xiǎn)源區(qū)域，因此整個(gè)煤氣柜區(qū)屬于二級(jí)重大危險(xiǎn)源。影響到的人數(shù)，與煤氣柜區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過的最大一起中毒事故非常相似，以事實(shí)證明了本方法的可行

16、性。 對(duì)于煤氣柜這種重大危險(xiǎn)源的管根據(jù) 的特性，理和控制可以得出以下經(jīng)驗(yàn)： 氣柜區(qū)各個(gè)方向應(yīng)裝設(shè)室外自動(dòng)一氧化碳報(bào)警儀，便于工作期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏情況。 氣壓計(jì)，可以指 氣柜區(qū)應(yīng)設(shè)立醒目的風(fēng)向標(biāo)，導(dǎo)氣柜區(qū)內(nèi)外下風(fēng)向人員加強(qiáng)自我防范意識(shí)。當(dāng)大氣壓低，雨雪天氣時(shí)，不能隨意進(jìn)行煤氣放散。一般天氣煤氣放散時(shí)特別要提醒下風(fēng)向人群注意防護(hù)。 如新 因?yàn)?與空氣的平均分子量差不多，建煤氣柜，選址位于高處有利于 擴(kuò)散。 防止鋼材腐蝕造 煤氣柜區(qū)要注意定期防腐，成泄漏。參考文獻(xiàn)： 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局 安全評(píng)價(jià) 北京：煤炭工業(yè)出版社， 蔣展鵬 環(huán)境工程學(xué) 北京：高等教育出版社， 劉詩飛，詹予忠 重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及危害后果分析 北