转炉煤气回收中的回火事故分析及防治

发表时间：[2007-09-08]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：12305

摘要：对100t转炉煤气回收中的煤气回火事故进行分析，提出防止事故的改进措施，实施后预防事故的效果明显。

关键词：转炉煤气；回火事故；改进措施

　随着国家“十一五”清洁生产及节能降耗标准的进一步提高，国内各转炉钢厂都非常重视转炉煤气回收工作。转炉煤气回收作为转炉全连铸生产过程中的一项非常重要的工序环节，它的受控不仅可以保证转炉全连铸生产顺行，同时还对落实国家环保产业政策和实现企业节能降耗目标有着十分重要的作用。

1 100t转炉煤气回收工艺概况

　 100t转炉煤气回收工艺为OG(湿式)未燃法煤气回收工艺，由OG未燃法除尘净化系统、煤气风机系统、回收及放散系统等组成。

图1　煤气回收工艺概况图

2 煤气回收中的煤气回火分析

　通过对其它钢厂转炉煤气回收中的煤气回火事故统计，煤气回火均发生在风机低速和三通阀关闭不严的情况下。本工艺系统在2005年10月8日也发生了一起类似的煤气回火事故，瞬间将煤气放散塔外壁油漆烧脱。由于发现及时，采取的措施有效，所幸未酿成大的后患，但令人心惊胆战。

2.1 造成煤气回火的原因

　在煤气回火事故发生后，经对现场的调查、分析，有这样一些因素导致了这次回火事故：(1)风机低速运行；(2)水封水位突然降至低水位；(3)三通阀关闭不严；(4)放散塔顶自动点火系统误动作点火。

2.2 煤气回火分析

　煤气回火的主要原因是从三通阀渗漏出来的CO与风机低速状态下(转炉抬起活动烟罩提升氧枪停止吹氧后烟气中无CO)输出的空气在放散塔顶内相遇形成了混合气体，这些可燃的混合气体恰遇放散塔顶点火器明火即产生了煤气燃烧。CO与空气的混合气体依靠风机在低速时产生的压力源源不断地从转炉煤气放散塔顶部排出，混合气体遇火燃烧会形成一定的燃烧速度，当其燃烧速度小于混合气体排出速度即称为正常“燃烧”，反之则称为“回火”，而混合气体(煤气)燃烧的速度一旦大于风机低速运行时放散塔内的混合气体的出流速度就形成了瞬间的回火事故。

2.2.1 煤气风机运行状况分析

　煤气风机在相同的工况条件下其运行转速愈低其风量愈小，也就是说放散塔的烟气出流速度愈低，煤气风机运行转速愈高，反之亦然。为准确分析风机各速度段的放散塔气流速度，于2005年11月对1、2号转炉煤气风机进行了相关参数测定，其结果如表1所示。

表1　煤气风机运行参数测定结果统计表

风机转速/(r/min^-1)	机前管道静压/kPa	管内平均流速/(m·s^-1)	工况风量/(m·h^-1)	标准风量/(m·h^-1)	放散塔出口速度/(m·h^-1)
2460	-17.6	16.4	143728.6	97298.5	23.6
2300	-17.5	14.8	131630.0	89215.1	21.3
2200	-17.0	14.0	123978.1	84532.0	20.2
2100	-15.6	13.0	115699.3	80202.1	18.7
2000	-14.3	12.9	114660.2	80691.7	18.6
1900	-13.0	12.4	109788.0	78421.4	17.9
1800	-12.0	11.8	105262.6	76043.3	16.9
1700	-10.8	11.2	98735.6	72289.8	16.0
1600	-9.7	10.6	93502.1	69293.0	15.3
1500	-8.5	10.0	89374.7	67104.8	14.5
1400	-7.5	9.9	88634.8	67268.7	14.4
1300	-6.7	9.3	81728.9	62558.2	13.3
1200	-5.7	6.7	59386.6	45938.7	9.6
1100	-4.7	6.5	57611.2	45032.9	9.4
1000	-4.3	6.0	53118.6	41693.7	8.6
900	-3.1	5.3	47176.4	37259.3	7.7
800	-2.9	4.9	43162.8	34369.7	7.0
700	-2.3	4.5	39825.2	31906.0	6.4

　注：测定时大气压力为101325Pa，环境温度为12℃，有小雨，烟气温度为60℃

　煤气风机升降速为自动/手动两种控制方式，在转炉兑铁前至氧枪提升出钢后(风机出口CO/O₂分析仪检测到CO、O₂)这段时间，风机为高速运行。在转炉煤气从放散燃烧导入回收状态时，为防止残余煤气滞留在放散塔内引发回火或爆炸，氮气(稀释)吹扫阀将自动开启向放散塔内充入氮气，3min后自动关阀。在转炉煤气从回收导入放散燃烧时，煤气风机始终处于高速运行状态，此时煤气的燃烧速度远小于放散塔出口气流速度，不可能发生回火。

2.2.2 煤气风机机后水封逆止阀运行状况分析

　煤气风机机后水封逆止阀采取如图2所示结构形式，当回收煤气时(P1<P2)须冲破100mm水柱高度的水封，当煤气回收导入放散燃烧或风机低速运行而三通切换阀又关闭不严产生泄漏时(P1<P2)，逆止水封阀内水面下降，水被压入进气管中(水面上升)形成水封，可以有效阻止煤气倒流。

(a)P1>P2　　　 (b)P1<P2

图2水封逆止阀结构示意图

　两台煤气风机机后水封逆止阀的补充水管与其煤气风机的机前水封补充水管为同一管道，且机前水封补充水管为开路补水。当2号转炉煤气回收系统的放散塔发生回火事故后，迅速对当时的各种状况进行了调查、统计：(1)2号转炉煤气回收系统所对应的2号转炉在冷备(待生产)，风机低速运行(750r/min)；(2)补充水压力显示为零(正常>0.2MPa)；(3)1号转炉正常生产。经系统分析认为，是补充水压力降为零后，2号转炉煤气回收系统的水封逆止阀内的水位维持在正常水封水位，而1号转炉生产回收煤气时其对应的水封逆止阀的输出压力增大(<0.0065MPa)，如图1所示，由于1、2号转炉煤气回收系统的逆止水封阀的输出管道是相通的，此时在P2的作用下2号(回火的)水封逆止阀内水位迅速下降，水从机前水封的开路补水管中溢出。随着其水位下降到密封线以下，1号转炉回收的煤气轻而易举地通过2号(回火的)水封逆止阀煤气输入管倒流进三通阀。一旦三通阀关闭不严，会非常容易地发生煤气渗入放散塔，从而造成回火事故。

2.2.3 三通阀关闭不严及放散塔点火器误点火分析

　煤气回收系统所采用的三通切换阀为硬密封形式，随着使用时间的延长，湿粉尘在密封圈上形成凸凹不均的块状物，导致了其在切换时难以严密，一旦逆止水封阀发生泄漏，煤气会非常容易地从中溢流至放散塔内造成回火或爆炸事故。

　煤气回收系统所采用的放散塔自动点火装置为主控系统获得启动点火信号后，立即启动相应的塔项点火器点火，同时点燃“伴烧器”，引燃放散塔顶流出的高速煤气流。“伴烧器”下方的火焰遥测器时刻监测着火焰情况。当“伴烧器”点燃后，点火器熄灭，当放散塔停止放散煤气60s后，“伴烧器”熄灭，发生回火事故时，转炉处于待生产状态，风机处于低速运行，此时CO/O₂分析仪检测到的φ(CO)为零，也就是说放散塔自动点火装置的主控系统无启动点火信号，我们在人为给火焰遥测器一个强光源时，发现塔顶点火器会迅速启动点火程序。由于上述原因，导致了该放散塔煤气回火事故的发生。

3 煤气回收中的煤气回火防治

　从上述调查、统计分析中可以得出这样一个结论，此次放散塔回火是补充水管堵塞压力降低，水封逆止阀水位徒降，三通阀关闭不严，风机低速运行，出口气流速度低，放散塔顶自动点火误动作等综合因素同时相遇所造成的。因此，从以下方面开展了防治工作。

3.1 防止煤气回火的风机转速参数确定

　假设泄漏煤气中φ(CO)50％，混合气流中φ(H₂)2％，其它是不燃烧气体为48％，则可燃气体成分为52％，其中：

　 φ(CO)：50/52=96.15％

　 φ(H₂)：2/52=3.85％

　 45％的CO(55％为空气)在DN25管道中的最大火焰传播速度为1.25m/s，38.5％的H₂(61.5％为空气)在DN25管道中的最大火焰传播速度为4.83m/s，则52％的CO、H₂混合气体的最大火焰传播速度为1.41m/s。

　考虑到混合气体中有48％的不燃气体的阻燃影响，则其火焰传播速度为0.73m/s。

　火焰传播速度随着管径的增大而增大，依据工程实验φ1000mm以上管径的火焰传播速度校正值在3.8以上。

　 V_N=VaM_N=0.73m/s×3.8=2.77m/s

　火焰传播速度随着温度的升高而增大。

　 V_t=V_N[(273+t)/273]²=2.7m/s×[(273+60)/273]²=4.12m/s

　即50％的CO、2％的H₂的混合可燃气体在DNl450放散塔内的最大火焰传播(回火)速度为4.12m/s。

　为有效地防止煤气泄漏时发生回火事故，一般放散塔的气流速度取回火速度的3.5倍以上，则放散气流应为

　 V_放=3.5×V_t=3.5×4.12m/s=14.42m/s

　从表1可以看出，风机转速控制在1400r/min时可有效防止放散塔回火事故发生。

　在实际生产过程中，转炉受工序节奏和其它多种因素的影响不可能连续生产。在不生产时，只需抽出OG系统内的湿气体即可，同时为了有效地控制风机电耗，煤气风机一般控制在750r/min的低速运行。一旦风机在低速状态下发生煤气回火事故时，应立即将风机转速升至1400r/min以上，这样可以有效地降低煤气回火造成的损害。

3.2 煤气风机后逆止水封阀防止煤气回火的措施

　从图2逆止水封阀结构示意图中可以看出，与风机机前水封的开路补水管共用一补水干管的水封逆止阀补水管的U型弯管高为600mm。一旦发生补充水源水压为零的情况，另一并联水封逆止阀回收煤气时近0.0065MPa的气压足以将逆止水封阀中的水从U型弯管中排尽，从而使大量的煤气从其进气管中溢出。此时如果三通阀关闭不严，则会引发煤气回火事故。为有效防止类似事故发生，一是将蜗轮式水表改为直通式水表；二是在水封补充水阀前加装自动清洁式过滤器，可有效地杜绝杂物堵塞干管，确保水源压力稳定；三是分别将1、2号转炉煤气回收系统的水封逆止阀的补水管进口点由其下方移至最上方(提高1000mm)；四是将U型管由600㎜提高到1200㎜，这样可以确保1座转炉待生产，另1座转炉回收煤气时水封逆止阀中保持足够的水封水位，有效地防止煤气回火事故发生。

3.3 三通阀及放散塔顶自动点火装置防止煤气回火的措施

　从三通阀硬密封的结构形式来看，要想彻底杜绝其关闭不严现象的发生是很难实现的，在设备形式改进前只有定期调整密封度。一旦遇有回火等险情，在提升风机转速的同时要快速开启N₂吹扫阀，向放散塔内充入大量N₂(3min以上)以有效阻止煤气回火。

　根据放散塔顶自动点火装置的火焰遥测器有受强光源干扰误启动点火的现象，在火焰遥测器上加装一个V型挡光罩，其作用是只接收被检测的放散塔顶的光源信号，确保其反馈给系统PLC信号的准确性。此防治措施可有效地消除放散塔周围电焊等强光源的干扰影响。

4 防治放散塔回火的优化方向

　实施上述防治煤气回火方案后，通过对近1年的转炉煤气回收实践的统计，表明上述防回火措施能有效地防止放散塔煤气回火事故发生。但从进一步优化防治放散塔回火的角度考虑，在今后三通阀更新改造中要考虑将硬密封型式改为橡胶软密封型式，为有效地清除密封胶圈面上的积灰，可在其周围均匀布置冲水喷嘴，实施每炉定期喷水冲洗密封胶圈，水压应大于0.45MPa，这样既可及时洁净橡胶密封圈的密封面，又可防止其老化，延长其使用寿命。

　为有效解决两座转炉在不同状态下的水封逆止阀相互串气的问题，可考虑在今后的技术改造或设备大修时作如图3型式的优化改进，即在各逆止水封阀的出口与V型水封进口(并联点)之间分别增设2台V型水封。该优化改进方案既可解决二并联水封逆止阀之间的串气问题，又不占用太多的场地，还可实现设备操作简单化和投资最小化。