李 剛 高 原

(首鋼總公司設(shè)備部 北京100041)

煉鐵廠高爐于2011年3月份投產(chǎn)，容積2500m3，平均日出鐵6000t。該高爐采用目前國內(nèi)較為先進(jìn)的精料、高風(fēng)溫、高壓、高富氧、高噴煤等冶煉工藝，裝備技術(shù)達(dá)到國內(nèi)同級別設(shè)備先進(jìn)水平。2013年4月27日夜，由于高壓電纜接頭短路引發(fā)了高爐重力除塵器爆崩事故，被迫停爐搶修30天，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1200多萬元。

1 事故前高爐及其相關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況

1.1 高爐本體及鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作正常

高爐爐頂頂壓0.233MPa，入爐風(fēng)溫1100℃，料速9批/h，負(fù)荷5.4。鼓風(fēng)機(jī)為AV90-16電動全靜葉可調(diào)軸流壓縮機(jī)組，事故前風(fēng)量5016m3/min，風(fēng)壓0.43MPa，靜葉角度57.36°，防喘振閥全關(guān)運(yùn)行。

1.2 布袋除塵系統(tǒng)工作正常

高爐布袋除塵系統(tǒng)中2#、3#、4#、5#、6#、7#、9#、11#、12#共9個箱體在運(yùn)行狀態(tài)，1#、8#、10#箱體檢修停運(yùn)更換布袋，荒煤氣溫度202℃。

1.3 TRT系統(tǒng)工作正常

機(jī)組靜葉開度37%，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速3000rpm，發(fā)電功率17271kW。

1.4 電網(wǎng)供電系統(tǒng)工作正常

供電系統(tǒng)中，鐵前變電所、高爐變電所、水處理變電所、中控樓低壓配電室、高爐TRT低壓配電室母線均正常運(yùn)行，電流、電壓參數(shù)穩(wěn)定。

1.5 中控樓供電系統(tǒng)，UPS退出運(yùn)行

中控樓UPS于2013年3月份因發(fā)生故障被迫停運(yùn)，UPS所帶負(fù)荷轉(zhuǎn)由中控樓低壓配電室0.38kVⅡ段母線供電。

2 事故經(jīng)過

2013年4月27日19時39分，鐵前變電所顯示35kVⅡ段母線C相單相接地報警、高爐變電所顯示35kVⅡ段母線PT接地故障報警。19時40分，高爐變電所2#主變壓器(容量16000kVA)差動速斷保護(hù)動作，高壓后備復(fù)合電壓過流保護(hù)Ⅰ段保護(hù)動作，2#主變壓器一、二次開關(guān)跳閘，10kVⅡ段母線停電。

受此影響，10kV水處理變電所二受電電源停電;水渣變電所2#變壓器(容量1600kVA)受電電源停電;布袋除塵低壓配電室二受電電源停電，0.38kV母線停電;中控樓2#變壓器(容量2000kVA)受電電源停電，中控樓配電室0.38kVⅡ段母線停電。由于作為后備電源的中控樓UPS因故障停運(yùn)后一直沒有恢復(fù)，導(dǎo)致中控樓配電室0.38kVⅡ段母線所帶的高爐爐頂設(shè)備控制、熱風(fēng)爐控制、服務(wù)器、PLC、儀表等設(shè)備設(shè)施全部停電。

停電造成高爐爐頂?shù)娜_DN650高爐爐頂煤氣放散閥無法按預(yù)設(shè)程序打開進(jìn)行安全放散。而此時高爐鼓風(fēng)機(jī)仍在向高爐送風(fēng)，爐頂壓力迅速升高，至19時42分，爐頂壓力達(dá)到儀表量程能夠記錄的最大壓力值0.309MPa，嚴(yán)重超過爐頂設(shè)計的最大工作壓力0.25MPa。

由于高爐中控樓和風(fēng)機(jī)站聯(lián)系不暢，至19時44分高爐發(fā)生重力除塵器崩裂氣爆事故，除塵器4、5、6三段被崩落，鋼板撕裂變形，除塵器上錐體帶動高爐下降管整體傾斜。由于崩裂的瞬間，爐頂下降管內(nèi)高溫爐料伴隨著高壓煤氣快速沖向重力除塵器殘余段，造成空氣與煤氣混合，發(fā)生爆燃起火。

3 事故處置

3.1 TRT機(jī)組及調(diào)壓閥組退出處置

受35kVⅡ段母線接地故障影響，高爐TRT聯(lián)絡(luò)開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動作跳閘，TRT端口開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動作跳閘，TRT快切閥關(guān)閉，靜葉關(guān)閉，TRT機(jī)組迅速退出運(yùn)行。

根據(jù)事故發(fā)生時調(diào)壓閥組運(yùn)行曲線，結(jié)合另外一起TRT機(jī)組重故障調(diào)壓閥運(yùn)行歷史曲線，同時現(xiàn)場模擬TRT重故障時調(diào)壓閥組運(yùn)行曲線進(jìn)行分析，調(diào)壓閥動作正常。

3.2 高爐休風(fēng)處置

受到中控樓配電室0.38kVⅡ段母線停電影響，高爐中控樓、爐前系統(tǒng)突然停電。高爐工長組織高爐在緊急狀態(tài)下休風(fēng)操作:

一是軟水崗位，啟動柴油泵保障正常供水;

二是立即組織手動操作，利用蓄能器內(nèi)的余壓將出鐵口堵上，停止噴煤和富氧操作;

三是疏導(dǎo)所有人員從出鐵平臺煤氣濃度高的區(qū)域撤離;

四是下達(dá)緊急休風(fēng)指令，組織關(guān)閉混風(fēng)調(diào)節(jié)閥和混風(fēng)切斷閥，同時關(guān)閉冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、水封U型管等，完成四高爐在事故狀態(tài)下的休風(fēng)操作。

3.3 高爐鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)處置

隨著風(fēng)壓逐漸上升，開防喘振閥降壓，同時減靜葉角度。風(fēng)機(jī)靜葉減到最低，防喘振閥開完后正常停機(jī)。

4 事故原因分析

4.1 高壓電纜接頭對地短路分析

事故發(fā)生后，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，高爐35kV變電所2#主變一次開關(guān)柜內(nèi)饋電電纜(3×150mm2)C相接頭根部靠開關(guān)側(cè)絕緣擊穿，開關(guān)柜內(nèi)存在明顯的弧光閃絡(luò)痕跡，造成柜內(nèi)過電壓保護(hù)器被弧光燒壞，電纜B相絕緣燒損，B相接地刀靜觸頭部分被弧光燒熔。

此電纜接頭在工程驗收合格后，于2010年9月投入運(yùn)行。按照南方電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［1］規(guī)定，電力設(shè)備預(yù)試周期為3年，此電纜接頭實際運(yùn)行2年零7個月。由于電纜制作絕緣層存在缺陷，導(dǎo)致電纜在正常運(yùn)行周期內(nèi)缺陷處絕緣性能下降，當(dāng)電纜局部不能承受35kV高壓時，缺陷處對地短路拉弧燒穿。

4.2 高爐煤氣系統(tǒng)超壓分析

高爐TRT機(jī)組退出運(yùn)行后，頂壓轉(zhuǎn)由調(diào)壓閥組控制。由于高爐中控樓停電，送至調(diào)壓閥組的頂壓信號為零，導(dǎo)致調(diào)壓閥組減壓閥關(guān)閉。在高爐壓力持續(xù)升高并超過最高工作壓力時，爐頂放散閥、重力除塵器放散閥和布袋除塵器安全放散閥均未打開，從而導(dǎo)致從高爐本體、下降管、重力除塵器、布袋除塵器，直至調(diào)壓閥組煤氣系統(tǒng)形成相對密閉的狀態(tài)，此時高爐鼓風(fēng)機(jī)未減風(fēng)降壓運(yùn)行，造成高爐煤氣系統(tǒng)超壓。

4.3 爐頂DN650煤氣放散閥失去放散作用分析

高爐中控樓設(shè)計安裝的一套HP-338080kVA，3進(jìn)3出在線式UPS，于2013年3月故障退出運(yùn)行，沒有恢復(fù)運(yùn)行。中控樓電網(wǎng)供電系統(tǒng)，從高壓到低壓供電系統(tǒng)，都是單母線分段運(yùn)行，沒有備用自投裝置，在供電電網(wǎng)出現(xiàn)異常斷電的情況下，靠人工切換備用電源，需要時間較長。在高爐中控樓停電后，煤氣放散閥油缸電磁閥斷電，液壓驅(qū)動失電情況下爐頂放散閥無法及時打開。

4.4 重力除塵器DN500電動卷揚(yáng)煤氣放散閥無動作分析

高爐重力除塵器上配置的DN500電動卷揚(yáng)(帶配重)煤氣放散閥，設(shè)計壓力0.25MPa。經(jīng)查高爐交工資料記錄，未發(fā)現(xiàn)該閥的標(biāo)定記錄，從系統(tǒng)煤氣壓力升高到超壓過程判斷，該閥沒有打開放散，失去輔助放散作用。

4.5 煤氣布袋除塵DN150彈簧式安全閥失效分析

高爐煤氣布袋除塵系統(tǒng)共有12個箱體，每個箱體都設(shè)有DN150彈簧式安全閥，設(shè)定動作壓力0.245MPa，檢定有效期至2011年11月11日。根據(jù)“安全閥定期校驗，一般每年至少一次，安全技術(shù)規(guī)范有相應(yīng)規(guī)定的從其規(guī)定”的規(guī)定［2］。由于安全閥沒有在有效期內(nèi)進(jìn)行年檢，銹蝕嚴(yán)重。在煤氣系統(tǒng)超壓情況下，安全閥未能放散泄壓，失去輔助安全放散作用。

4.6 對重力除塵器和荒煤氣管道開裂處焊接質(zhì)量檢測

通過重點對事故現(xiàn)場爆裂的重力除塵器和荒煤氣管道殘留體焊接質(zhì)量進(jìn)行了超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)重力除塵器筒體與上錐體連接處環(huán)形焊縫崩裂斷開，開裂處發(fā)現(xiàn)存在未焊透質(zhì)量問題;重力除塵器上錐體焊縫開裂，觀察亦可見明顯的未焊透現(xiàn)象，同時存在筒體母材撕裂現(xiàn)象;對已經(jīng)斷裂的荒煤氣管道焊口檢查，發(fā)現(xiàn)有明顯的未焊透質(zhì)量問題。

4.7 高爐驗收管理問題分析

煉鐵機(jī)械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范［3］明確規(guī)定，“高爐系統(tǒng)整體泄漏性試驗壓力應(yīng)符合設(shè)計文件的規(guī)定”。但檢查工程歸檔資料，未發(fā)現(xiàn)高爐系統(tǒng)整體泄漏性試驗報告資料;按照“規(guī)范”中關(guān)于“應(yīng)有相應(yīng)的焊接工藝評定報告，并根據(jù)焊接工藝評定報告編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書”的規(guī)定，同樣未發(fā)現(xiàn)重力除塵器殼體焊接工藝評定和焊接作業(yè)指導(dǎo)書。說明高爐驗收管理部門沒有按照規(guī)范要求，對照檢查和核實。

5 整改措施

5.1 加強(qiáng)供電系統(tǒng)管理，確保高爐重要設(shè)備供電可靠性

1)對高爐電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行普查，特別要發(fā)揮熱成像檢測設(shè)備在電氣設(shè)備隱患檢查中的重要作用，對檢查出的電氣設(shè)備缺陷進(jìn)行逐次處理。

2)對高爐中控樓UPS電源系統(tǒng)進(jìn)行雙套系統(tǒng)改造，實現(xiàn)UPS互為備用且能夠自動切換。

5.2 完善高爐煤氣系統(tǒng)安全保障措施

1)利用檢修機(jī)會，對高爐煤氣煤氣放散閥、重力除塵器放散閥進(jìn)行標(biāo)定，滿足高爐正產(chǎn)生產(chǎn)的需要。

2)對高爐承壓類設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確保承壓類設(shè)備安全裝置的靈敏可靠。

5.3 對高爐工程施工質(zhì)量進(jìn)行全面復(fù)查

1)組織設(shè)計、生產(chǎn)、設(shè)備、技術(shù)、質(zhì)量等部門對高爐工程進(jìn)行系統(tǒng)性全面復(fù)查，制定整改計劃，落實整改。

2)對本次事故已查出的設(shè)備設(shè)施、焊接等施工質(zhì)量問題，制定整改措施，限期整改。

5.4 對本次事故中反映出的管理問題全面整改

1)對各高爐系統(tǒng)的技術(shù)操作規(guī)程、安全規(guī)程、設(shè)備使用維護(hù)規(guī)程及其他相關(guān)管理制度全面進(jìn)行檢查和完善。

2)加強(qiáng)關(guān)聯(lián)工藝崗位間聯(lián)系制度，確保聯(lián)絡(luò)及時有效。

3)完善各級專項應(yīng)急預(yù)案，并加強(qiáng)演練，提高緊急狀態(tài)下應(yīng)變能力。

6 結(jié)束語

通過對本次高爐爆崩特大事故進(jìn)行全面系統(tǒng)分析，從工程設(shè)計、施工質(zhì)量、驗收管理、生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備管理等幾個方面找到了導(dǎo)致事故發(fā)生的原因，針對事故原因制定了可執(zhí)行的整改措施，能夠有效保證事故高爐的快速恢復(fù)和后續(xù)安全運(yùn)行。更重要的是，這起典型事故的分析和措施對今后對加強(qiáng)高爐系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計安裝和供電系統(tǒng)安全性檢查，強(qiáng)化高爐工程和生產(chǎn)技術(shù)管理，將起到借鑒和促進(jìn)作用。

［1］中國南方電網(wǎng)有限公司.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程(Q/CSG114002-2011)［S］.廣州:中國南方電網(wǎng)有限公司，2011.

［2］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(TSG ZF001-2006)［S］.北京:中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2006.

［3］中華人民共和國建設(shè)部、中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.煉鐵機(jī)械設(shè)備工程安裝驗收規(guī)范(GB50372-2006)［S］.北京:中國計劃出版社，2006.