浅析煤气柜安全风险防范及事故处置对策

李有东

0 前言

煤气柜是贮存工业及民用煤气的钢制或聚酯膜式容器，是一种容积可变的容器，用于可燃气体产量和用量、不同成分之间的平衡，一般为低压、常温。根据煤气成分的不同进行混合，以达到稳定质量，当生产的气量多于气量使用需求时，气柜可存储多余气体，多余气体用于为高峰时段使用量；煤气柜的另一个作用是平衡和稳定管网的压力[1]；也用于将煤气收集储存，以供用户使用。

1 煤气柜的存储介质

煤气通常是含有多种气体成分，为可燃性混合气体。可分为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、水煤气、油煤气等。不同种类煤气成份略有差别，但其主要成份基本为氢气、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳等。

以石油化工为主的油煤气，主要是重油热裂解过程中生成的低级碳氢化合物与水蒸气反应，生成氢气、一氧化碳含量高的油制气。氢气约占50%，一氧化碳15%，以及少量烷烃、二氧化碳、氮气等。冶金行业主要是由高炉和转炉产生的煤气，即炼铁、炼钢的副产品，主要成分为氢气、一氧化碳、氮气、二氧化碳、甲烷等。其中转炉煤气一氧化碳60%～80%，二氧化碳15%～20%，以及少量氮气、氢气等。煤化工行业主要是以煤焦化及气化过程中产生的混合性可燃性气体，主要成分为氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、甲烷等。焦化煤气主要成分为氢气55%～60% 、甲烷23%～27%，以及少量一氧化碳、二氧化碳、氮气等。普通煤气站主要以发生炉煤气和水煤气为主。煤在发生炉中燃烧后，将炉底的空气加以限制或喷入水蒸气，而产生的是一氧化碳、氢气、二氧化碳、氮气[2]。水煤气中氢气50%，一氧化碳40%，氮气25%，以及少量二氧化碳。

2 煤气柜的基本类型

2.1 湿式煤气柜

湿式煤气柜一般由水封槽、塔节、钟罩及导向装置组成。特点是结构简单，施工方便，但存储压力波动较大，冬季能耗大，检修时产生大量污水。

图1 湿式气柜示意图

水封槽一般为立式圆筒形，塔节位于水槽和钟罩之间是圆筒状的可活动装置，钟罩为有拱顶的底面敞开式圆筒形容器，可以由单层改变成多层套筒式，各层套筒之间以环形水封槽密封。冬季寒冷地区为防水封槽结冰，必须设有加热水封设备。导向装置包括导轨和导轮，分为直升式和螺旋导轨式，钟罩及塔节依靠导轨和导轮保证升降平稳。

气体输入或排出气柜时，通过管道、穿过水槽底板和水槽中的水进入钟罩。当输入气体时，钟罩最先上升，挂圈从水槽中取水用于密封；钟罩上升到一定高度后，其下挂圈与第二塔节上挂圈连接，第二塔节上挂圈立板插入钟罩下挂圈水封，第二塔节被提起，如此依次提起各塔节，各塔节由水封挂圈来密封。气体输出时，动作过程相反[3]。

2.2 干式煤气柜

干式煤气柜主要有稀油密封和橡胶膜密封形式。有多边形煤气柜、圆筒形煤气柜和橡胶膜煤气柜三种。多边形、圆筒形稀油密封型煤气柜统称为稀油柜[4]。干式煤气柜管理和维修方便且费用低，产生污水少，压力稳定，寿命可达30年。

图2 干式气柜示意图

多边形稀油密封煤气柜采用稀油加钢质滑板活塞方法密封，依靠柜内活塞与柜壁间密封油进行密封，活塞沿着柜内导轨运行，实现煤气贮量与压力调节。圆筒形稀油密封煤气柜外形为圆筒形，采用稀油加橡胶条的活塞密封方法，在稀油柜的基础上开发的新型气柜。橡胶膜密封煤气柜也称为膜密封柜、皮膜柜，采用橡胶膜的活塞密封方法，气柜内设置有活塞，在活塞下面设有密封橡胶膜，输入气体时密封膜膨胀，活塞上升，输出气体时活塞下降。

2.3 双膜式气柜

双膜储气柜主要由特殊加工聚酯材质制成，由底膜、内膜、外膜、恒压控制柜、安全保护器及一些控制设备和辅助材料组成。双膜储气柜主要是储存各种中性气体，如沼气、空气、二氧化碳、氧气等，有些企业会临时储存煤气。

底膜作为基础密封，应达到较好的防腐、防渗透要求。内膜主要是隔离气柜储存的气体和外膜内的调压气体。外膜与内膜形成调压室，使储存气体恒压输出，外膜与内膜及底膜的边缘连接，作为外壳保护内膜，确保气柜压强恒定。

双膜气柜主要是由底膜、内膜、外膜共同形成一个密闭储气空间。当储存气体输入时，内、外膜间的调压空气就释放，增加内膜的储存容量。当内膜储存气体输出时，内、外膜间注入调压空气，以达到平衡气柜内的压强和稳定外膜刚度。气柜内膜隔离储存气体与调压空气，确保不混合。

3 风险分析及防范措施

3.1 安全风险

3.1.1 长时超温导致密封损坏，造成煤气泄漏

煤气柜进口管道或柜内设置煤气温度测量装置。稀油密封气柜储气温度不宜超过60℃，膜密封气柜的储气温度不宜超过72℃。一旦超过限定温度范围时，容易使稀油柜的密封油和橡胶膜物理性能降低、老化，会降低密封和安全，长时间得不到修复容易造成煤气泄漏。

3.1.2 通风不良导致气体聚集，造成人员中毒

气柜储存的介质是多组分可燃混合气体，属于甲类火灾危险性，且存在一氧化碳中毒危害。煤气柜活塞下部为封闭空间，储存可燃混合气体，检修时人孔开口数量少，如果通风条件很差，容易发生人员窒息、中毒，也可能发生可燃气体及残留物燃烧等事故。

3.1.3 检修不及时导致隐患积累，造成设备故障

煤气柜在正常运行过程中，必须定期维护检修，减少安全隐患，确保安全运行。通常情况下，易发生排凝管阀门损坏、橡胶密封膜破裂导致大量气体泄漏，而引发燃烧爆炸。调平装置、放散装置滑轮锈蚀卡死而不能调平或放散，高位、低位限位报警失灵持续进气或抽气，可燃气体报警仪表失效等，如隐患得不到及时处理，往往会造成设备故障，发生输气冒顶、出气抽真空等事故[5]。

3.2 防范措施

3.2.1 加强设备监测

要确保各项监测设备正常运行，通过控制中心实时监测运行压力、温度、浓度等[6]。例如，干式煤气柜的外部电梯和内部吊笼应设置防爆型电气、防雷接地以及防静电装置；湿式煤气柜活塞上部按储存气体特性设可燃气体或一氧化碳浓度监测装置，进出口管道水封室内应设可燃气体或一氧化碳浓度检测报警装置，并安装通风换气设备。

3.2.2 定期维护检修

要定期检测气柜外接阀门、管线是否有漏气现象，并立即采取有效措施处理。干式煤气柜密封膜褶皱部位易被腐蚀，需检查更换新密封膜[7]。湿式煤气柜调平装置和放散装置滑轮及钢丝绳定期加注润滑油，及时调整钢丝绳松紧度，避免活塞倾斜。煤气柜应设置高位、低位报警仪，同时设置高高位、低低位报警，避免出现冒顶及抽真空事故的发生。进入活塞下部检修时，必须切断所有进出口管阀门，进行充分置换，要确保气体中含氧量且通风良好。

3.2.3 规范运行工艺

要严格按照操作规程进行操作，确保日常运行规范有序，不得在超温、超压、超量等情况下运行。湿式煤气柜应注意密封油不同，其运行温度不尽相同。稀油密封气柜储气温度不宜超过60℃，膜密封气柜的储气温度不宜超过72℃。气柜在运行过程中必须注意压力不能高于8kPa。湿式气柜在风力较大威胁塔节安全时，应及时降至地面。双膜气柜应考虑储存中性气体。

3.2.4 保障附属设防

按照煤气柜防爆分区规定，气柜周边划分设置防爆分区。湿式煤气柜水封井房应按煤气柜储存介质的特性来界定火灾危险性，气柜外部电梯机房属于丁类火灾危险性，但由于紧贴柜体，且与柜体回廊连接，因此其电气设施按照爆炸危险区域设防。干式煤气柜密封油属丙类液体，但油泵房与干式气柜距离较近，应采取防爆电气设施，按爆炸危险区域设防。

4 处置对策

4.1 事故分类

4.1.1 中毒事故

巡查检修人员一旦中毒，迅速将中毒人员救离危险区域，解除影响呼吸的衣物，保持现场空气新鲜畅通，并通知煤气防护站和附近医疗救护人员赶到现场急救。有条件的企业应根据安全需要设高压氧仓，可及时对煤气中毒者进行抢救和治疗。抢救场所应保持清静、通风，并指派专人维护秩序。

4.1.2 泄漏事故

当煤气柜储存介质发生泄漏时，应立即关闭相关阀门，并有效封堵泄漏源，实施动态检测，划定警戒范围，紧急疏散人员。利用水雾稀释，在下风向设置水幕水带或屏封水枪，将泄漏煤气控制在一定范围内。若泄漏点一时无法关闭和封堵时，可通过火炬安全排空。

4.1.3 着火事故

煤气柜相关设备设施着火时，应停止运行，逐渐降低设备压力，通过蒸气或氮气抑制、置换和保压。坚决防止突然关闭煤气闸阀或封水封，导致回火爆炸。管径100mm以下的煤气管道起火，可直接关闭煤气阀门灭火。气柜人孔、管道、阀门、法兰等部位着火时，可利用干粉直接灭火，也可用水流切封灭火，并及时堵漏。油泵房密封油着火，停止油泵工作，切断泵房电源，利用干粉或砂土灭火。

4.1.4 爆炸事故

煤气柜发生爆炸事故，应立即启动应急预案，第一时间疏散人员，划定警戒区域，切断储存介质输入、输出管线，并将爆炸设备内剩余介质输转，并使用蒸气或氮气置换。同时，根据现场具体情况，利用固定消防设施或设置移动水枪、水炮冷却着火设备及相邻设备，防止超压泄漏或爆炸。

4.2 应急处置对策

4.2.1 加强联勤联训，初期有效处置

应加强企业专职消防力量、微型消防站建设，针对性地配备高喷车、干粉车、氮气车、大吨位水罐车，攻坚遥控炮、屏风水枪、水力驱散设备，以及正压式空气呼吸器、过滤式防毒面具、便携式有毒气体检测仪等。要指导企业组建工艺处置队，队员要熟知煤气柜运行工艺，了解上下游工艺关联，熟练掌握紧急切断操作等。消防救援队伍要与企业专职消防力量、微型消防站、工艺处置队开展联勤联训，指导企业加强队伍建设，确保事故初期能够有效控制。

4.2.2 坚持工艺优先，积极联战处置

煤气柜事故处置必须坚持工艺技术处置优先的原则，在事故初期应采取“分散控制系统监控、紧急停车、注氮保护”等工艺措施，攻坚阶段采取“稀释分隔、冷却抑爆、关阀断料”等工艺措施，监护阶段采取“多点检测、循环用水、环保监测”等工艺措施。积极与关联工段、前后单元等联动处置，确保气源中止供应、残气快速排空、置换及时跟进。

4.2.3 灵活战术运用，确保高效处置

煤气柜事故处置要遵循“先控制、后消灭”的战术原则，无论是泄漏、着火、爆炸等事故，需划定安全区域、禁绝周围火源、上风方向站位、冷却控制燃烧、关闭进出管线、火炬安全排放、氮气及时置换。采取固定和移动装备设施结合，利用高喷车稀释分割、干粉车联用灭火、氮气车充氮惰化等技战术措施，同时确保现场供水不间断、干粉和氮气储量充足等。

4.2.4 做好全面防护，保障安全处置

煤气柜事故处置中要做到“四防”，即防火、防爆、防中毒、防窒息。参与一线处置的指战员必须加强个人防护。泄漏事故处置中要全程佩戴空气呼吸器，携带防爆对讲机等设备进入现场救援；发生燃烧爆炸事故必须设置紧急救援小组和安全观察哨，明确撤离线路和撤离信号，遇到撤离不及时救援人员被困或者受伤情况，紧急救援小组应第一时间介入开展救援。