特性参数在煤化工煤粉爆炸事故防治中的应用

姚敏++焦洪桥++刘铜强++覃欣欣

摘要：以煤粉爆炸特性参数测试为基础，针对煤化工煤粉制备系统的运行工况条件，应用煤粉爆炸特性关键参数对压力、温度、煤粉浓度、氧浓度等主要安全监测监控参数指标进行了研究，分析了监测点布置位置与测量范围及报警值设置的合理性与存在的安全隐患，并提出了其改进措施，提高了粉体介质在工艺生产中的可控状态，对煤化工行业控制煤粉泄露、燃烧爆炸等事故具有一定的借鉴作用。

关键词：煤化工；特性参数；煤粉爆炸；煤粉泄露

中图分类号：TD78

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12013303

1引言

随着世界经济的发展和能源结构的调整，煤化工产业以其生产洁净能源和可替代石油化工产品的独特优势受到了高度关注[1]。近年来一大批煤化工项目在我国的内蒙古、宁夏等地陆续建设和投产，其中不乏世界上首次的商业化示范性工程，煤化工已成为我国能源结构的重要组成部分[2，3]。

根据煤化工生产的需要，原料煤大部分使用小粒径、高挥发分、低水分、低灰分的煤种，这类煤的爆炸下限浓度与着火温度均较低，且生产过程涉及到高温、高压环境[4，5]，因此一旦发生煤粉泄露扩散就极易导致燃烧爆炸事故，严重制约着煤化工行业的安全生产。

本文在煤粉爆炸特性参数测试的基础上，应用特性参数对某煤化工煤粉制备工艺过程的安全监测监控指标参数及其阀值进行分析，提出了改进措施，使得粉体介质在工艺生产中始终处于可控状态。这对于煤化工行业有效预防和控制煤粉泄露及爆炸事故的发生，保障企业安全生产，具有重要的现实意义。

2工艺流程简介

某煤化工煤粉制备系统工艺流程如图1所示，该工艺流程可分为两条路线，即煤的运行路线和气的运行路线。

其中，煤的运行路线为：原煤经皮带输送机进入原煤仓，通过磨煤机进行研磨干燥后形成的煤粉进入煤粉收集器，含有煤粉的热气体经收集器中的滤袋过滤后由出风口经管道排到循环风机，吸附在滤袋外表面的煤粉经氮气反吹脱落至下部的料斗，料斗内的煤粉由旋转给料机排至螺旋输送机中，然后输送到纤维分离器，筛分出的煤粉进入下游粉煤仓，再经发送罐送至下一气化工序。气的运行路线为：热风炉内的循环气体与燃烧产生的尾气混合后形成热惰性气体，然后进入磨煤机对煤粉进行干燥与输送。煤粉分离后的热气体通过管道送到循环风机，经循环风机加压，大部分循环至热风炉中，部分排入大气。

图1煤粉制备工艺流程

3煤粉爆炸特性参数测试

3.1实验样品

实验选取了工艺中两种典型的煤粉样品，实验前将煤样用标准分样筛分成粒径分布范围分别为75 μm以下和200 μm以下的2种煤尘颗粒，然后将其置于常压下50℃的干燥箱中干燥4 h，以去除煤样中的水分。并依据GB212-91《煤的工业分析方法》对实验采用的煤粉样品进行了工业分析，工业分析结果见表1。

3.2实验测试及结果

按照国家标准，利用20 L粉塵爆炸特性测试系统、粉尘云最低着火温度测试系统、粉尘层最低着火温度测试系统及哈特曼装置分别对煤样的爆炸下限浓度、最大爆炸压力、最低着火温度、极限氧含量等5个关键特性参数进行了实验测试，为煤粉泄漏监测及控制指标的确定提供理论依据。实验测试结果如表2所示。

从测试结果可以看出，两种煤粉的爆炸下限浓度与最低着火温度都非常低，而最大爆炸压力和最大压力上升速率都比较高，因此在生产过程中，一旦发生泄漏极易导致火灾爆炸事故。所以必须对运行系统范围内的危险区域进行实时监测监控，以及时应对煤粉泄漏、燃烧爆炸等安全事故。

4安全监测监控指标分析

针对煤粉制备生产系统的运行工况条件，依据煤粉爆炸特性关键参数对压力、温度、煤粉浓度、氧浓度等几个主要类别的安全监测监控参数指标及其阀值进行分析。

4.1压力

备煤装置系统工艺中的各个设备及输送管线均存在压力监测，用于监测设备的运行状态。通过对压力监测点的工况参数分析，发现在备煤装置中，系统生产工艺中的操作压力除发送罐发送压力为0.2 MPa，其余均为微正压或负压条件，而煤粉加压输送工序中粉煤仓为低压设备，锁斗、给料罐及输送管线均为高压条件，备煤装置及气化粉煤仓压力报警值均为低压，都远低于煤粉的最大爆炸压力值，所以一旦发生事故在压力初始阶段就会自动报警、跳车。锁斗、给料罐为高压密封环境，且有惰气保护，无煤粉爆炸危险。

在备煤装置原煤仓过滤器、粉煤仓过滤器安装有压差变送器，为设备自带，没有接入监测监控系统。为监测过滤器收尘布袋破损或脱落，应在原煤仓过滤器、粉煤仓过滤器进出口设置监测点及合理的预警值对其压差进行监测，保证系统的正常安全运行。

4.2温度

温度是保证系统正常运行，防止煤粉自燃、爆炸事故发生的重要指标。重点须对设备及管路内的温度进行监测，防止操作不当造成温度升高，并对热惰性气体内的粉尘含量进行监测，防止高温造成煤尘层管壁或拐弯处沉积煤尘自燃。

备煤装置生产工艺条件下煤粉储存、运输的温度正常值一般为80～110℃，控制指标上限均<120℃，均低于煤尘层与煤尘云的最低着火温度。仅有热风炉出口至磨煤机的热惰性气体为290～320℃，低于煤尘云最低着火温度而高于煤尘层最低着火温度，由于热惰性气体为流动性循环气，不存在沉积煤尘。而且，在正常条件下热惰性气体不含有煤粉。但当煤粉收集器收尘性能下降或存在故障时会造成煤粉含量增加，所以需要对循环气中的煤粉浓度重点监测。煤粉加压输送工序中温度监测的控制指标均为100℃，都低于煤尘层与煤尘云最低着火温度。

因此根据工艺中温度参数的控制指标分析，现有的温度监测点较为齐全，在设备节点、循环气输送管线上均安设有温度传感器，临界值设置合理，能够满足对系统工艺正常运行的监控。

4.3煤粉浓度

在生产系统实际运行过程中存在诸多严重或不可控煤粉泄漏危险位置，因此须在煤粉泄漏量较大或泄漏频繁等危险程度大的区域设置煤粉浓度监测，对煤粉浓度的监测也是预防煤尘泄露或爆炸的根本措施。

在备煤循环气煤粉浓度监测的报警值为50 mg/Nm3，控制向大气环境中的煤粉排放量，控制指标远低于煤粉的爆炸下限浓度，设置合理。粉煤仓顶部环境粉尘含量分析仪的报警值同样为50 mg/Nm3，低于爆炸下限浓度。粉尘仓顶部监测环境中泄漏煤粉的浓度，当泄漏量较大时，容易量程超限，则不能监测环境中实际浓度值。对于犁式卸料器落煤口，由于在落煤过程中会造成扬尘，为形成煤尘云的易发区，存在一定的危险性，在该处应增设粉尘浓度传感器，量程为0～1000 mg/Nm3。但煤尘云含量较低，控制指标报警值应远低于爆炸下限，因此报警值设置为100 mg/Nm3。各过滤器排空管线上煤粉监测为低浓度工艺条件，报警值参考备煤循环气控制指标，高报的临界值为30 mg/Nm3，高高報的临界值为50 mg/Nm3。

对于软连接、防爆板等易泄漏位置，安设有高浓度粉尘传感器，煤粉浓度控制指标设置为1 g/Nm3，当检测到煤粉浓度超标时，监控系统出现报警信号，立即启动水雾喷淋装置对泄漏位置喷淋降尘，出现火焰信号时还会启动自动抑爆装置进行主动抑爆。

4.4氧浓度

煤粉加压输送工序中采用二氧化碳作为加压输送、保护气体，收尘器及过滤器采用氮气进行反吹。氧气为煤尘发生自燃、爆炸等事故的必要因素，因此必须控制系统工艺中的氧含量。

在备煤装置现有的氧浓度监测点的浓度一般控制在6.5%～7%左右，报警临界值设置为8%，低于煤尘云爆炸极限氧含量。在气化粉煤仓排放气体的氧含量报警临界值设置为2%，远低于煤尘云爆炸极限氧含量。氧浓度越低，对设备的腐蚀性也就越小，同时煤粉发生自燃或爆炸的危险性也就越小。在备煤煤粉收集器顶部、粉煤仓过滤器上部、原煤仓过滤器上部、气化粉煤仓过滤器上部、减压过滤器上部增加的氧浓度传感器主要为监测设备检修过程中的氧浓度，防止浓度过低，造成检修人员窒息，所以这些位置的氧浓度传感器为现场就地显示，不需要接入监测监控系统报警，检修时氧浓度应>18%。气化粉煤仓顶部氧浓度传感器监测粉煤仓内部气体的氧气浓度，参照粉煤仓过滤器排放气体氧浓度的监测控制指标，正常应<2%，达到2%时高报，达到4%时高高报。

5结语

煤粉制备生产工艺中的压力、温度、煤粉浓度、氧浓度是防治煤粉泄露及燃烧爆炸的重要安全监测监控指标。因此，必须结合现场实际工艺正确设置监测点的位置、监测指标测量范围与报警值，以保障生产系统的安全运行，对煤化工行业控制煤粉泄露、燃烧爆炸等事故的发生具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]

田勇，张安明. 新型煤化工煤粉环境着火爆炸危险分析及防治方法探讨[J].矿业安全与环保，2016，43（6）：92～94.

[2]赵文芳. 煤化工项目煤粉尘火灾爆炸风险与控制[J].安全技术，2015，15（4）：9～12.

[3]周丽，任相坤，张希良. 我国煤制油产业政策综述[J]. 化工进展，2012，31（10）：2207～2212.

[4]张必辉.开式煤粉制备系统运行安全分析与隐患防治[J].洁净煤技术，2012，18（6）：80～82.

[5]张炜.煤化工装置火灾爆炸点分布与控制措施[J].安全、健康和环境，2016，16（3）：25～27.

Application of Characteristic Parameters in Prevention and Control of Pulverized Coal Explosion Accident

Yao Min1，Jiao Hongqiao1，Liu Tongqiang1，Qin Xinxin2

（1. Shenhua Ningxia coal industry Refco Group Ltd，Ningxia 750411， China；2. China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute， Chongqing 400037， China）

Abstract： Based on the test of pulverized coal explosion characteristic parameters， according to coal chemical pulverized coal preparation system operating conditions，the key parameters such as pressure， temperature， pulverized coal concentration， oxygen concentration and other main safety monitoring parameters were studied by using the key parameters of pulverized coal explosion. This paper analyzedthe location and measurement range of the monitoring point， the reasonableness of alarm value and the existence of security risks. Then， it put forward measures to improvethe controllable state of powder media in process production， which have a certain reference for coal chemical industry to control the leakage of coal， combustion and explosion accidents.

Key words： coal chemical industry； characteristic parameter； pulverized coal explosion； pulverized coal leakage