楊金鳳

（中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

冶金企業(yè)基本上都是使用煤氣，各用戶對煤氣的要求有所不同，煤氣成分的回收方式也不同。煤氣供需平衡（簡稱煤氣平衡）即是煤氣的生產(chǎn)和消費之間的平衡，它是冶金企業(yè)能量平衡的基本組成部分，是表示冶金企業(yè)生產(chǎn)率和能源組成的最重要的指標之一。企業(yè)生產(chǎn)中既要充分合理使用各種燃氣，又要保證該冶金企業(yè)所需的最大負荷量。為了滿足供需平衡的要求，鋼鐵企業(yè)均設(shè)置煤氣柜，生產(chǎn)中從滿足煤氣調(diào)度的需要出發(fā)，分析各種瞬間波動因素，應(yīng)用概率統(tǒng)計的方法來確定煤氣柜的容積。煤氣的危害分析以轉(zhuǎn)爐煤氣為例，轉(zhuǎn)爐煤氣的中毒濃度界限為空氣中CO的濃度，為0.004 0%，轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣的混合氣體中轉(zhuǎn)爐煤氣含量達到17%為爆炸極限的下限，此時與空氣的混合氣體中φ（CO）=11.9%。以理論燃燒條件來計算，在空氣混合氣體中轉(zhuǎn)爐煤氣含量達41.4%方可完全燃燒，而此時與空氣的混合氣體中φ（CO）=30%。對于轉(zhuǎn)爐煤氣柜而言，自然是先中毒、后爆炸、再燃燒。

科技在發(fā)展，時代在進步，從安全方面考慮，目前企業(yè)內(nèi)煤氣柜執(zhí)行無人操作，并設(shè)圍墻，門上鎖，這有利于防止外部火源入侵，對防爆是有利的。但先決條件是煤氣柜內(nèi)上部空氣中的CO微含量檢測要達到連續(xù)、可靠、準確的要求。如果柜內(nèi)上部空間的CO含量超標，那么只有放散煤氣（通過煉鋼區(qū)的三通閥切換至放散塔燃燒放散），才能使活塞著陸、吹掃，然后用檢修風機進行升壓檢查。

1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝的描述

轉(zhuǎn)爐裝入鐵水后開始吹氧進行脫碳，開始的2 min脫碳速度緩慢，以后逐漸加快，達到最大脫碳速度后直到吹煉后期，脫碳速度又減慢，約2 min后吹煉停止。在這整個吹煉過程中都有爐氣產(chǎn)生，但其量和成分均有很大的變化。爐氣離開轉(zhuǎn)爐爐口時的溫度約1 450~1 500℃，經(jīng)過煙罩時會混入一部分空氣，混入的空氣中的氧氣與爐氣中的一氧化碳燃燒生成二氧化碳，同時空氣中的氮氣也進入爐氣中，這個混合氣就是煙氣，煙氣量和成分在冶煉過程中也是變化的。煙氣先經(jīng)過煙罩回收余熱后，約在950~1 000℃的溫度下進入煙氣凈化系統(tǒng)，凈化后的煙氣由抽風機加壓進入三通閥，當煙氣成分為φ（CO）＞30%~40%、φ（O2）＜1%時作為轉(zhuǎn)爐煤氣送入煤氣柜，在冶煉前期及后期煙氣中φ（CO）＜30%~40%、φ（O2）＞1%時三通閥切換到排放側(cè)，不合格的煙氣通過高空煙囪點火排入大氣。轉(zhuǎn)爐煤氣在煤氣柜內(nèi)儲存、混勻，經(jīng)電除塵器除塵（濕法回收時）、煤氣加壓機連續(xù)送出，最后通過煤氣主管供各用戶使用。

2 轉(zhuǎn)爐煤氣處理能力的確定

轉(zhuǎn)爐煤氣量的計算比較復(fù)雜，影響因素太多，在目前的生產(chǎn)條件下煤氣回收的極限值可以達到130m3/t鋼左右。

3 轉(zhuǎn)爐煤氣儲配站的工藝流程及設(shè)備選用要點

3.1 轉(zhuǎn)爐煤氣儲配站工藝流程

通過煙氣凈化回收系統(tǒng)送至煤氣柜的轉(zhuǎn)爐煤氣，煤氣熱值和φ（O2）都符合質(zhì)量要求。但其發(fā)生量是間斷的，煤氣的壓力也比較低，就目前鋼鐵企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，大多采用干法除塵來回收煤氣，其含塵量可達到10 mg/m3，符合用戶的質(zhì)量標準?；厥諄淼霓D(zhuǎn)爐煤氣還需要在煤氣柜內(nèi)儲存、均壓，然后經(jīng)過煤氣加壓機將它連續(xù)加壓到用戶所需的壓力（含輸送阻損），再通過煤氣管道將它送至用戶端使用。工藝流程為：凈化后的轉(zhuǎn)爐煤氣—煤氣柜—煤氣加壓機—用戶。

如果采用濕式凈化回收轉(zhuǎn)爐煤氣，則需要在出煤氣柜后加壓機之前設(shè)置電除塵器。工藝流程為：凈化后的轉(zhuǎn)爐煤氣—煤氣柜—電除塵器—煤氣加壓機—用戶。

3.2 煤氣加壓機設(shè)備選用要點

煤氣加壓機主要根據(jù)工況下的轉(zhuǎn)爐平均產(chǎn)氣量除以臺數(shù)來設(shè)計流量，考慮生產(chǎn)的需要，加壓機須配有備用機；加壓機的出入口管道上應(yīng)裝設(shè)調(diào)節(jié)蝶閥，可靠的切斷方式應(yīng)采用電動蝶閥和電動盲板閥，并且可在控制室操縱；靠近加壓機一側(cè)的閥門旁應(yīng)設(shè)置放散管和人孔；為了方便抽堵邊板、避免管壁及設(shè)備產(chǎn)生較大的壓力，加壓機進出口管道宜布置成Z形彎；當主管長度小于3 m或者出入管為水平直管時，在水平管段上應(yīng)裝一個補償器；加壓機底部裝排水器，用來排出加壓機底部和出口管道的最低部位的冷凝水；如果設(shè)雙室排水器，還應(yīng)將加壓機底部和出口管道的最低部位接至排水器的高壓側(cè)，將進口管道的最低部位排水管接至排水器的低壓側(cè)。

在加壓機的入口管道上設(shè)收縮管，使煤氣進入的速度分布均勻，減少壓力降；在出口管處裝設(shè)一個擴散管，使動壓頭（動能）變?yōu)殪o壓頭（位能）。

加壓機進出口管道的壓力降，一般控制在300~500 Pa范圍內(nèi)；進出口管道上的煤氣流速一般選用：焦爐煤氣為9~16 m/s，混合煤氣為8~14 m/s。

為了防止加壓機發(fā)生喘振，在進出口總管處應(yīng)設(shè)置大回流管，回流管上裝有電動蝶閥，在控制室內(nèi)操縱。

進口總管的末端應(yīng)裝有放散管。

4 煤氣柜火災(zāi)、爆炸的危害

火災(zāi)、爆炸的產(chǎn)生主要是由于煤氣柜泄露，可燃氣體中的CO與空氣中的氧氣混合達到爆炸濃度，當混合有爆炸性氣體的火花、電弧在高溫條件下或者遇到火源足以被點燃時，就有可能發(fā)生爆炸。

鋼鐵企業(yè)煤氣回收設(shè)施中存在火災(zāi)、爆炸的危險區(qū)域有氣柜本體區(qū)域、管網(wǎng)輸送區(qū)域、煤氣加壓站房等，其次，配電間也有發(fā)生火災(zāi)的可能。管道在生產(chǎn)過程中最易在連接法蘭處發(fā)生泄漏問題，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，切忌在帶壓情況下去擰緊螺栓。因為在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生泄漏是有一定原因的，例如墊片損壞、管道受到熱應(yīng)力等，這時單靠擰緊螺栓并不能解決問題，若泄漏未消除而使勁擰螺栓，至螺栓擰斷，會使管內(nèi)氣體噴出，造成中毒窒息事故。

5 煤氣中毒危害

煤氣的毒性是其主要危險性之一，根據(jù)《危險化學品安全技術(shù)全書》（化學化工出版社），空氣中的CO質(zhì)量濃度低于30 mg/m3為安全標準。當空氣中CO質(zhì)量濃度為30～400 mg/m3時，人們會出現(xiàn)輕度中毒癥狀；當空氣中的CO質(zhì)量濃度為400～1 000 mg/m3時，人們會出現(xiàn)中度中毒癥狀；當空氣中的CO質(zhì)量濃度為1 000～2 069 mg/m3時，人們會出現(xiàn)重度中毒癥狀；如果CO質(zhì)量濃度高于2 609 mg/m3時，人們會中毒而致死。一氧化碳中毒癥狀表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）輕度中毒?；颊呖沙霈F(xiàn)頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達10%~20%。

2）中度中毒。除上述癥狀加重外，口唇、指甲、皮膚粘膜出現(xiàn)櫻桃紅色，多汗，血壓先升高后降低，心率加速，心律失常，煩躁，一時性感覺和運動分離（即尚有思維，但不能行動）。癥狀繼續(xù)加重，可出現(xiàn)嗜睡、昏迷。血中碳氧血紅蛋白約在30%~40%。經(jīng)及時搶救，可較快清醒，一般無并發(fā)癥和后遺癥。

3）重度中毒。患者迅速進入昏迷狀態(tài)。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強直性痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。經(jīng)搶救存活者可有嚴重合并癥及后遺癥。

一氧化碳的后遺癥：中、重度中毒病人有神經(jīng)衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病或去大腦強直。部分患者可發(fā)生繼發(fā)性腦病。

6 解決措施

在生產(chǎn)或使用存在可燃氣體及有毒氣體的工藝裝置和儲運設(shè)施區(qū)域內(nèi)，及時對可能發(fā)生的可燃氣體或有毒氣體進行檢測；煤氣柜柜容設(shè)置高、低位報警及自動連鎖；在總平面布置上，設(shè)計時要充分考慮煤氣柜區(qū)域的防火措施，在規(guī)定范圍內(nèi)不存放明火設(shè)施；煤氣柜柜頂及站區(qū)管道按要求設(shè)置防雷、接地等設(shè)施。

7 結(jié)語

轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣都是鋼鐵企業(yè)的富產(chǎn)煤氣，凈化回收后可以有效利用，但同時也具有一定的危險性，在某種情況下會發(fā)生火災(zāi)、爆炸危險，大量泄漏還會造成人員窒息。因此，鋼鐵企業(yè)在煤氣使用過程中要注意人員的安全防護。