基于危化品危险源辨识的燃煤电厂系统安全分析

四川电力设计咨询有限责任公司 吴凌峰 张洋｜文、图

燃煤电厂生产安全事故可造成人员伤亡、设备损坏、影响电网稳定供电等系列不利后果。为防止和减少燃煤电厂生产安全事故，保障电厂安全运行及电网稳定，需对燃煤电厂整个系统的安全风险、事故后果进行综合分析、评估。

国内目前对于燃煤发电厂/项目安全风险控制的策略，主要集中在两个方面：一方面是通过各种安全风险评估方法评估电厂现状，再根据风险规避、转移、预防、抑制、自留、应急等原则提出针对性风险控制措施；另一方面是对电厂某一工艺系统进行评估，然后针对该工艺系统提出针对性控制措施。燃煤发电厂是一个复杂系统，其安全风险水平是系统内各工艺系统综合作用的结果，其事故传播和发展是一个动态过程，故基于项目建设、运维全生命周期的系统危险源辨识，对于发电厂本质安全控制具有重要意义。本文基于燃煤发电项目建设、调试运行实践，以危化品危险源辨识为主线，对燃煤发电厂系统进行安全分析和总结。

燃煤电厂生产工艺及系统

燃煤发电厂主要生产流程是：煤在锅炉中燃烧将水加热成蒸汽，蒸汽带动汽轮机转动，将热能转化为机械能，再由汽轮机带动发电机转动，将机械能转化为电能，电能经升压并网供生产生活使用。燃煤发电厂按其输出能源类型可分为凝气式发电厂和热电厂两种，凝气式发电厂仅发电，而热电厂不仅发电还提供热能，即向周围居民供暖等。按照装机容量分为小容量、中容量、大中容量及大容量燃煤发电厂，为满足节能低碳环保要求，目前普遍推行“上大压小”政策，大力整治小容量机组，优先发展大容量机组和新能源。图2为一般的燃煤发电厂工作示意图。

图1 某燃煤发电厂

图2 燃煤电厂工艺流程示意简图

燃煤发电厂生产原材料主要有原煤、水、石灰石粉、氨、联氨、盐酸、氢氧化钠、柴油等，副产品主要有石子煤、灰渣、石膏等；工艺系统（如图3示意）主要包括：输（运）煤系统、制粉系统、锅炉系统、汽轮机系统、热力系统、电气系统、烟气脱硫脱硝系统、除灰渣系统、热工自动化系统、化学水处理系统、暖通空调系统、燃油储运设备及其系统等；危险物质有煤粉、液氨、轻柴油以及酸碱等化学物品。因此，存在爆炸、火灾、高温灼烫、中毒、机械伤害、触电等危险因素，可能引发储煤场火灾、输煤皮带燃烧、磨煤机润滑油高温燃烧、柴油储罐燃烧爆炸、炉膛爆炸、锅炉尾部再次燃烧、汽轮机轴承设备烧损损坏、储氨罐及氨系统火灾爆炸、发电机氢系统火灾爆炸等事故。

图3 燃煤发电厂生产工艺流程图

燃煤电厂危化品危险源辨识及系统安全分析

危险有害因素的辨识是进行安全管理、事故预防和风险控制的先决条件，遵从科学性、系统性、全面性和预测性原则，流程一般涉及：收集辨识对象相关资料（如工艺流程图、原始材料、产品、副产品物质资料等）；划分系统单元；分析各划分单元潜在危险有害因素；汇总分析结果。

下面基于燃煤电厂工艺原理、流程及系统的危险源辨识，对与危化品关联性较大的系统进行安全分析，根据其工艺可重点对锅炉设备及其系统、汽轮机设备及其系统、化学水处理系统、烟气脱硫系统、烟气脱硝系统、燃油储运设备及其系统等进行分析，并基于风险辨识结果，细化安全风险分级管控措施，网格化安全管理；加强危化品安全专项检查；开展危化品专题安全培训和交底；正确配置、使用安全防护用品（呼吸器、防护服、氧气浓度报警仪、CO浓度报警仪等），多措并举，管控风险。

燃煤储运、制粉设备及其系统

燃煤储运、制粉系统是燃煤发电厂的重要组成，该系统涉及的危险性较大的物质是煤粉，《危险货物名表》里虽没有煤粉，但其属于有爆炸性的粉尘，粉尘浓度如达到煤粉爆炸极限将可能引起煤粉爆炸，鉴于其危险性较大，亦类比危险化学品进行分析和管控。

大量的燃煤在原筒仓堆放时如管理不善、通风不足，可能导致热量积聚，引发燃煤自燃造成火灾事故；同时燃煤在通过输送机、输煤皮带输送或者停止上煤时，若散落的煤粉未及时清理积聚可能会引起自燃；若将带有火种或温度较高的煤通过输煤皮带输送，有可能造成输煤皮带着火；输煤皮带在运行过程中由于长时间运作摩擦发热、气温较高等因素也可能引起皮带或其上的煤燃烧。在进行检修时，如管理技术措施不善，气割、气焊等产生的焊渣掉落在输煤皮带上，可能引起火灾。另外，在使用挥发分高的煤时上述的潜在火灾风险将更大。

制粉设备长期煤粉积聚、制粉设备泄漏、未定期吹扫或煤粉未吹扫干净，长期累积，可能发生煤尘自燃，造成火灾事故，当煤粉浓度达到煤粉爆炸极限，启动制粉系统时可能会发生煤粉爆炸。在检修作业时，一定浓度、温度下的煤粉遇到明火时容易发生爆炸。制粉设备爆炸时，高温煤粉随冲击波喷出，可能引起周围电缆、电线等可燃物的燃烧，造成二次事故。另外，磨煤机润滑油如果发生泄漏，浸入保温层，在长期高温的条件下，容易引起润滑油燃烧造成火灾事故。

图4 进入危险受限空间作业穿防护服、佩戴氧气、煤气浓度报警仪

图5 进入危险受限空间作业佩戴呼吸器

在检修作业中，如果原煤斗、磨煤机等未进行有效、完全通风，可能造成检修人员中毒窒息。

燃油贮运设备及其系统

燃煤发电厂点火及助燃油系统一般使用0号轻柴油，其闪点≥55 ℃，蒸气爆炸下限只有0.5%～1.1%，比较容易发生火灾、爆炸事故。柴油在燃煤电厂一般储存在油罐区，当油罐冒顶、开裂，在燃油使用和运输过程中发生跑、冒、滴、漏等情况下可能引起火灾、爆炸事故。检修作业时，如果通风不充分，蒸发出来的油气聚集，遇明火可能发生爆炸事故。油罐区未严格按照要求采用防爆设备，可能引起电气火灾、爆炸事故，还可能造成二次事故。如果安全管理技术措施不完善，静电、金属撞击、雷击、摩擦等都可能成为火灾、爆炸事故的直接原因。另外，如果厂址处于夏季温度较高区域，如果不能有效通风、采取降温措施，即使没有其他诱因，也可能发生火灾。

锅炉设备及其系统

锅炉是将燃料的内能转化为热能的设备，属于压力容器设备，具有一定的爆炸危险性。锅炉在燃烧煤粉的过程中时刻都在承受着高温和高压，锅炉质量不合格、设计不合理、原材料质量不合格、烘炉、酸洗不充分、误操作等问题，都有可能导致锅炉运行差错，甚至发生爆炸事故。常见的锅炉事故类型主要有炉膛爆炸、“四管”爆漏、炉膛结焦等。

炉膛燃爆：当出现设备故障，自动保护装置、联锁装置不操作或误操作，员工操作失误等情况时，锅炉炉膛内部均有可能产生炉膛燃爆现象。未将锅炉炉膛或烟道内的爆炸性混合物清扫干净便将锅炉点火，或者锅炉的燃烧系统内部存在不完全燃烧或燃烧不良，未完全燃烧的爆炸性混合物积聚在锅炉烟道和尾部，锅炉炉膛、烟道等结构设计不合理等等情况，均会导致锅炉炉膛燃爆等情况的发生。

“四管”爆漏：“四管”一般是指过热器、再热器、省煤器和水冷壁。可以引起“四管”爆破的因素较多，其中材质问题、大面积腐蚀、长期过热、炉膛内部结焦等是导致“四管”爆炸的主要原因。锅炉给水量和燃料量的对应比例失调、管内、外壁温度调控失灵、液体温度调控出错，违规运行、操作人员误判、误操作等都是造成锅炉事故的重要原因。当管道中的水处于膜状沸腾状态时，管道内外部烟气和水的换热效能大幅度降低，导致管道过热，影响管道的力学性能，最终造成爆漏事故的发生。另外金属管道长期在高温中运行，容易产生缓慢变形，疲劳破坏，造成爆漏。锅炉在启动和停机过程中由于管道膨胀产生应力集中，造成管道破裂，引起爆漏。

炉膛结焦：问题产生主要与锅炉设计有关，例如在锅炉设计过程中未充分考虑煤的燃烧特性、结构设计不合理、吹扫装置设计不合理等。

长期过热：当锅炉运行过程中燃烧调整不当，造成锅炉内部热负荷偏差较大，虽然可能并未超过材质的许用温度，但是如果长期高于管壁的设计温度，可能造成管壁金属过热，最终造成过热器和再热器爆管。

汽轮发电机及其辅助系统

汽轮机、发电机均属于电厂三大主机范围，汽轮机设计、制造、安装存在缺陷、管理失误、违章违规操作、定期检修保养不符合标准规范等都可能造成汽轮机损坏、油系统（润滑油、EH抗燃油）着火等事故；发电机，尤其氢冷发电机和氢冷系统如果发生漏氢，氢气与空气混合形成燃爆性混合物，遇到明火可能发生爆炸。常见的漏氢问题主要存在于氢气系统的管道、阀门、发电机氢密封瓦等，另外当氢气的压力大于油密封液的压力时也可能发生泄漏，并引发火灾爆炸事故。

化学水处理系统

化学水处理系统包括锅炉补给水处理、凝结水精处理、加药、水汽取样、工业废水处理、供氢、循环冷却水处理等系统，涉及的化学物品主要有：酸碱、联氨、液氨等，可以造成人员中毒、灼烫等事故。

烟气脱硫系统

烟气脱硫系统一般包括烟气系统、吸收塔系统、石灰石浆液制备系统、事故浆液排放系统、石膏脱水系统、工艺水系统、压缩空气系统等。目前烟气脱硫主要采用以碳酸钙为基础的钙法。通过将酸性的二氧化硫与碱性物质（CaCO3、MgO、Na2SO3、NH3等）反应从而除去烟气中的二氧化硫。燃煤发电厂常采用钙基固硫的方法，通过酸碱中和原理，利用石灰石水中和烟气中的二氧化硫。二氧化硫泄漏、石灰石粉均能导致操作人员中毒，石灰石浆液如果发生泄漏可能会造成人员灼烫事故。

烟气脱硝系统

目前燃煤电厂常用SCR脱硝方法，即用氨作为还原剂还原烟气中的氮氧化合物为氮气和水。氨的火灾危险性为乙类，液氨储罐、输氨管道等一旦发生泄漏，氨将与空气混合形成爆炸性混合物，遇明火可能引起燃烧爆炸，造成人员伤亡和财产损失。

燃煤电厂危化品危险源辨识建议

“防风险、查隐患、遏事故”，燃煤电厂无论施工建设，还是调试、运维阶段，其危化品危险有害因素的辨识要遵从科学性、系统性、全面性和预测性原则。防风险的第一步是进行危险有害因素辨识，其目的是为了分析煤电厂的安全状况，为安全评价和安全管理工作提供依据，它是预测电厂安全状态、分析事故可能发生途径的有效手段。因此在进行危险有害因素辨识时必须坚持科学的系统安全理论、选择科学的辨识方法，使之能揭示电厂真实的安全状态、潜在危险有害因素、存在不安全状态的子系统或部位、揭示可能造成事故的内部客观规律等。

煤电厂是由众多子系统组合起来的复杂系统，各系统之间具有错综复杂的关联，绝不是简单的堆叠，故在进行燃煤电厂危化品安全风险辨识时，应当用系统的眼光进行分析判断，分清主要危险有害因素和次要危险有害因素，要按照各个子系统依次不漏地进行分析辨识，针对各子系统也要做到“横向到边、纵向倒角、不留死角”的原则，辨识时不要发生遗漏，以免留下隐患。危险有害因素辨识的最终目的是分析电厂的安全状态、加强其安全风险管理、避免安全生产事故的发生，还应该以发展的眼光预测各危险有害因素可能引发的事故，实现“消隐患于萌芽，防事故于未遂”。安