李有東

0 前言

煤氣柜是貯存工業(yè)及民用煤氣的鋼制或聚酯膜式容器，是一種容積可變的容器，用于可燃?xì)怏w產(chǎn)量和用量、不同成分之間的平衡，一般為低壓、常溫。根據(jù)煤氣成分的不同進(jìn)行混合，以達(dá)到穩(wěn)定質(zhì)量，當(dāng)生產(chǎn)的氣量多于氣量使用需求時(shí)，氣柜可存儲(chǔ)多余氣體，多余氣體用于為高峰時(shí)段使用量；煤氣柜的另一個(gè)作用是平衡和穩(wěn)定管網(wǎng)的壓力[1]；也用于將煤氣收集儲(chǔ)存，以供用戶使用。

1 煤氣柜的存儲(chǔ)介質(zhì)

煤氣通常是含有多種氣體成分，為可燃性混合氣體?？煞譃楦郀t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、油煤氣等。不同種類煤氣成份略有差別，但其主要成份基本為氫氣、氮?dú)狻⒀鯕?、一氧化碳、二氧化碳等?/p>

以石油化工為主的油煤氣，主要是重油熱裂解過(guò)程中生成的低級(jí)碳?xì)浠衔锱c水蒸氣反應(yīng)，生成氫氣、一氧化碳含量高的油制氣。氫氣約占50%，一氧化碳15%，以及少量烷烴、二氧化碳、氮?dú)獾?。冶金行業(yè)主要是由高爐和轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煤氣，即煉鐵、煉鋼的副產(chǎn)品，主要成分為氫氣、一氧化碳、氮?dú)狻⒍趸?、甲烷等。其中轉(zhuǎn)爐煤氣一氧化碳60%～80%，二氧化碳15%～20%，以及少量氮?dú)?、氫氣等。煤化工行業(yè)主要是以煤焦化及氣化過(guò)程中產(chǎn)生的混合性可燃性氣體，主要成分為氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻⒓淄榈?。焦化煤氣主要成分為氫?5%～60% 、甲烷23%～27%，以及少量一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)獾?。普通煤氣站主要以發(fā)生爐煤氣和水煤氣為主。煤在發(fā)生爐中燃燒后，將爐底的空氣加以限制或噴入水蒸氣，而產(chǎn)生的是一氧化碳、氫氣、二氧化碳、氮?dú)鈁2]。水煤氣中氫氣50%，一氧化碳40%，氮?dú)?5%，以及少量二氧化碳。

2 煤氣柜的基本類型

2.1 濕式煤氣柜

濕式煤氣柜一般由水封槽、塔節(jié)、鐘罩及導(dǎo)向裝置組成。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，但存儲(chǔ)壓力波動(dòng)較大，冬季能耗大，檢修時(shí)產(chǎn)生大量污水。

圖1 濕式氣柜示意圖

水封槽一般為立式圓筒形，塔節(jié)位于水槽和鐘罩之間是圓筒狀的可活動(dòng)裝置，鐘罩為有拱頂?shù)牡酌娉ㄩ_(kāi)式圓筒形容器，可以由單層改變成多層套筒式，各層套筒之間以環(huán)形水封槽密封。冬季寒冷地區(qū)為防水封槽結(jié)冰，必須設(shè)有加熱水封設(shè)備。導(dǎo)向裝置包括導(dǎo)軌和導(dǎo)輪，分為直升式和螺旋導(dǎo)軌式，鐘罩及塔節(jié)依靠導(dǎo)軌和導(dǎo)輪保證升降平穩(wěn)。

氣體輸入或排出氣柜時(shí)，通過(guò)管道、穿過(guò)水槽底板和水槽中的水進(jìn)入鐘罩。當(dāng)輸入氣體時(shí)，鐘罩最先上升，掛圈從水槽中取水用于密封；鐘罩上升到一定高度后，其下掛圈與第二塔節(jié)上掛圈連接，第二塔節(jié)上掛圈立板插入鐘罩下掛圈水封，第二塔節(jié)被提起，如此依次提起各塔節(jié)，各塔節(jié)由水封掛圈來(lái)密封。氣體輸出時(shí)，動(dòng)作過(guò)程相反[3]。

2.2 干式煤氣柜

干式煤氣柜主要有稀油密封和橡膠膜密封形式。有多邊形煤氣柜、圓筒形煤氣柜和橡膠膜煤氣柜三種。多邊形、圓筒形稀油密封型煤氣柜統(tǒng)稱為稀油柜[4]。干式煤氣柜管理和維修方便且費(fèi)用低，產(chǎn)生污水少，壓力穩(wěn)定，壽命可達(dá)30年。

圖2 干式氣柜示意圖

多邊形稀油密封煤氣柜采用稀油加鋼質(zhì)滑板活塞方法密封，依靠柜內(nèi)活塞與柜壁間密封油進(jìn)行密封，活塞沿著柜內(nèi)導(dǎo)軌運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)煤氣貯量與壓力調(diào)節(jié)。圓筒形稀油密封煤氣柜外形為圓筒形，采用稀油加橡膠條的活塞密封方法，在稀油柜的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型氣柜。橡膠膜密封煤氣柜也稱為膜密封柜、皮膜柜，采用橡膠膜的活塞密封方法，氣柜內(nèi)設(shè)置有活塞，在活塞下面設(shè)有密封橡膠膜，輸入氣體時(shí)密封膜膨脹，活塞上升，輸出氣體時(shí)活塞下降。

2.3 雙膜式氣柜

雙膜儲(chǔ)氣柜主要由特殊加工聚酯材質(zhì)制成，由底膜、內(nèi)膜、外膜、恒壓控制柜、安全保護(hù)器及一些控制設(shè)備和輔助材料組成。雙膜儲(chǔ)氣柜主要是儲(chǔ)存各種中性氣體，如沼氣、空氣、二氧化碳、氧氣等，有些企業(yè)會(huì)臨時(shí)儲(chǔ)存煤氣。

底膜作為基礎(chǔ)密封，應(yīng)達(dá)到較好的防腐、防滲透要求。內(nèi)膜主要是隔離氣柜儲(chǔ)存的氣體和外膜內(nèi)的調(diào)壓氣體。外膜與內(nèi)膜形成調(diào)壓室，使儲(chǔ)存氣體恒壓輸出，外膜與內(nèi)膜及底膜的邊緣連接，作為外殼保護(hù)內(nèi)膜，確保氣柜壓強(qiáng)恒定。

雙膜氣柜主要是由底膜、內(nèi)膜、外膜共同形成一個(gè)密閉儲(chǔ)氣空間。當(dāng)儲(chǔ)存氣體輸入時(shí)，內(nèi)、外膜間的調(diào)壓空氣就釋放，增加內(nèi)膜的儲(chǔ)存容量。當(dāng)內(nèi)膜儲(chǔ)存氣體輸出時(shí)，內(nèi)、外膜間注入調(diào)壓空氣，以達(dá)到平衡氣柜內(nèi)的壓強(qiáng)和穩(wěn)定外膜剛度。氣柜內(nèi)膜隔離儲(chǔ)存氣體與調(diào)壓空氣，確保不混合。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及防范措施

3.1 安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1.1 長(zhǎng)時(shí)超溫導(dǎo)致密封損壞，造成煤氣泄漏

煤氣柜進(jìn)口管道或柜內(nèi)設(shè)置煤氣溫度測(cè)量裝置。稀油密封氣柜儲(chǔ)氣溫度不宜超過(guò)60℃，膜密封氣柜的儲(chǔ)氣溫度不宜超過(guò)72℃。一旦超過(guò)限定溫度范圍時(shí)，容易使稀油柜的密封油和橡膠膜物理性能降低、老化，會(huì)降低密封和安全，長(zhǎng)時(shí)間得不到修復(fù)容易造成煤氣泄漏。

3.1.2 通風(fēng)不良導(dǎo)致氣體聚集，造成人員中毒

氣柜儲(chǔ)存的介質(zhì)是多組分可燃混合氣體，屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性，且存在一氧化碳中毒危害。煤氣柜活塞下部為封閉空間，儲(chǔ)存可燃混合氣體，檢修時(shí)人孔開(kāi)口數(shù)量少，如果通風(fēng)條件很差，容易發(fā)生人員窒息、中毒，也可能發(fā)生可燃?xì)怏w及殘留物燃燒等事故。

3.1.3 檢修不及時(shí)導(dǎo)致隱患積累，造成設(shè)備故障

煤氣柜在正常運(yùn)行過(guò)程中，必須定期維護(hù)檢修，減少安全隱患，確保安全運(yùn)行。通常情況下，易發(fā)生排凝管閥門損壞、橡膠密封膜破裂導(dǎo)致大量氣體泄漏，而引發(fā)燃燒爆炸。調(diào)平裝置、放散裝置滑輪銹蝕卡死而不能調(diào)平或放散，高位、低位限位報(bào)警失靈持續(xù)進(jìn)氣或抽氣，可燃?xì)怏w報(bào)警儀表失效等，如隱患得不到及時(shí)處理，往往會(huì)造成設(shè)備故障，發(fā)生輸氣冒頂、出氣抽真空等事故[5]。

3.2 防范措施

3.2.1 加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測(cè)

要確保各項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)行，通過(guò)控制中心實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行壓力、溫度、濃度等[6]。例如，干式煤氣柜的外部電梯和內(nèi)部吊籠應(yīng)設(shè)置防爆型電氣、防雷接地以及防靜電裝置；濕式煤氣柜活塞上部按儲(chǔ)存氣體特性設(shè)可燃?xì)怏w或一氧化碳濃度監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)出口管道水封室內(nèi)應(yīng)設(shè)可燃?xì)怏w或一氧化碳濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，并安裝通風(fēng)換氣設(shè)備。

3.2.2 定期維護(hù)檢修

要定期檢測(cè)氣柜外接閥門、管線是否有漏氣現(xiàn)象，并立即采取有效措施處理。干式煤氣柜密封膜褶皺部位易被腐蝕，需檢查更換新密封膜[7]。濕式煤氣柜調(diào)平裝置和放散裝置滑輪及鋼絲繩定期加注潤(rùn)滑油，及時(shí)調(diào)整鋼絲繩松緊度，避免活塞傾斜。煤氣柜應(yīng)設(shè)置高位、低位報(bào)警儀，同時(shí)設(shè)置高高位、低低位報(bào)警，避免出現(xiàn)冒頂及抽真空事故的發(fā)生。進(jìn)入活塞下部檢修時(shí)，必須切斷所有進(jìn)出口管閥門，進(jìn)行充分置換，要確保氣體中含氧量且通風(fēng)良好。

3.2.3 規(guī)范運(yùn)行工藝

要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，確保日常運(yùn)行規(guī)范有序，不得在超溫、超壓、超量等情況下運(yùn)行。濕式煤氣柜應(yīng)注意密封油不同，其運(yùn)行溫度不盡相同。稀油密封氣柜儲(chǔ)氣溫度不宜超過(guò)60℃，膜密封氣柜的儲(chǔ)氣溫度不宜超過(guò)72℃。氣柜在運(yùn)行過(guò)程中必須注意壓力不能高于8kPa。濕式氣柜在風(fēng)力較大威脅塔節(jié)安全時(shí)，應(yīng)及時(shí)降至地面。雙膜氣柜應(yīng)考慮儲(chǔ)存中性氣體。

3.2.4 保障附屬設(shè)防

按照煤氣柜防爆分區(qū)規(guī)定，氣柜周邊劃分設(shè)置防爆分區(qū)。濕式煤氣柜水封井房應(yīng)按煤氣柜儲(chǔ)存介質(zhì)的特性來(lái)界定火災(zāi)危險(xiǎn)性，氣柜外部電梯機(jī)房屬于丁類火災(zāi)危險(xiǎn)性，但由于緊貼柜體，且與柜體回廊連接，因此其電氣設(shè)施按照爆炸危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)防。干式煤氣柜密封油屬丙類液體，但油泵房與干式氣柜距離較近，應(yīng)采取防爆電氣設(shè)施，按爆炸危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)防。

4 處置對(duì)策

4.1 事故分類

4.1.1 中毒事故

巡查檢修人員一旦中毒，迅速將中毒人員救離危險(xiǎn)區(qū)域，解除影響呼吸的衣物，保持現(xiàn)場(chǎng)空氣新鮮暢通，并通知煤氣防護(hù)站和附近醫(yī)療救護(hù)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)急救。有條件的企業(yè)應(yīng)根據(jù)安全需要設(shè)高壓氧倉(cāng)，可及時(shí)對(duì)煤氣中毒者進(jìn)行搶救和治療。搶救場(chǎng)所應(yīng)保持清靜、通風(fēng)，并指派專人維護(hù)秩序。

4.1.2 泄漏事故

當(dāng)煤氣柜儲(chǔ)存介質(zhì)發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉相關(guān)閥門，并有效封堵泄漏源，實(shí)施動(dòng)態(tài)檢測(cè)，劃定警戒范圍，緊急疏散人員。利用水霧稀釋，在下風(fēng)向設(shè)置水幕水帶或屏封水槍，將泄漏煤氣控制在一定范圍內(nèi)。若泄漏點(diǎn)一時(shí)無(wú)法關(guān)閉和封堵時(shí)，可通過(guò)火炬安全排空。

4.1.3 著火事故

煤氣柜相關(guān)設(shè)備設(shè)施著火時(shí)，應(yīng)停止運(yùn)行，逐漸降低設(shè)備壓力，通過(guò)蒸氣或氮?dú)庖种?、置換和保壓。堅(jiān)決防止突然關(guān)閉煤氣閘閥或封水封，導(dǎo)致回火爆炸。管徑100mm以下的煤氣管道起火，可直接關(guān)閉煤氣閥門滅火。氣柜人孔、管道、閥門、法蘭等部位著火時(shí)，可利用干粉直接滅火，也可用水流切封滅火，并及時(shí)堵漏。油泵房密封油著火，停止油泵工作，切斷泵房電源，利用干粉或砂土滅火。

4.1.4 爆炸事故

煤氣柜發(fā)生爆炸事故，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，第一時(shí)間疏散人員，劃定警戒區(qū)域，切斷儲(chǔ)存介質(zhì)輸入、輸出管線，并將爆炸設(shè)備內(nèi)剩余介質(zhì)輸轉(zhuǎn)，并使用蒸氣或氮?dú)庵脫Q。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，利用固定消防設(shè)施或設(shè)置移動(dòng)水槍、水炮冷卻著火設(shè)備及相鄰設(shè)備，防止超壓泄漏或爆炸。

4.2 應(yīng)急處置對(duì)策

4.2.1 加強(qiáng)聯(lián)勤聯(lián)訓(xùn)，初期有效處置

應(yīng)加強(qiáng)企業(yè)專職消防力量、微型消防站建設(shè)，針對(duì)性地配備高噴車、干粉車、氮?dú)廛?、大噸位水罐車，攻?jiān)遙控炮、屏風(fēng)水槍、水力驅(qū)散設(shè)備，以及正壓式空氣呼吸器、過(guò)濾式防毒面具、便攜式有毒氣體檢測(cè)儀等。要指導(dǎo)企業(yè)組建工藝處置隊(duì)，隊(duì)員要熟知煤氣柜運(yùn)行工藝，了解上下游工藝關(guān)聯(lián)，熟練掌握緊急切斷操作等。消防救援隊(duì)伍要與企業(yè)專職消防力量、微型消防站、工藝處置隊(duì)開(kāi)展聯(lián)勤聯(lián)訓(xùn)，指導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)，確保事故初期能夠有效控制。

4.2.2 堅(jiān)持工藝優(yōu)先，積極聯(lián)戰(zhàn)處置

煤氣柜事故處置必須堅(jiān)持工藝技術(shù)處置優(yōu)先的原則，在事故初期應(yīng)采取“分散控制系統(tǒng)監(jiān)控、緊急停車、注氮保護(hù)”等工藝措施，攻堅(jiān)階段采取“稀釋分隔、冷卻抑爆、關(guān)閥斷料”等工藝措施，監(jiān)護(hù)階段采取“多點(diǎn)檢測(cè)、循環(huán)用水、環(huán)保監(jiān)測(cè)”等工藝措施。積極與關(guān)聯(lián)工段、前后單元等聯(lián)動(dòng)處置，確保氣源中止供應(yīng)、殘氣快速排空、置換及時(shí)跟進(jìn)。

4.2.3 靈活戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用，確保高效處置

煤氣柜事故處置要遵循“先控制、后消滅”的戰(zhàn)術(shù)原則，無(wú)論是泄漏、著火、爆炸等事故，需劃定安全區(qū)域、禁絕周圍火源、上風(fēng)方向站位、冷卻控制燃燒、關(guān)閉進(jìn)出管線、火炬安全排放、氮?dú)饧皶r(shí)置換。采取固定和移動(dòng)裝備設(shè)施結(jié)合，利用高噴車稀釋分割、干粉車聯(lián)用滅火、氮?dú)廛嚦涞杌燃紤?zhàn)術(shù)措施，同時(shí)確?，F(xiàn)場(chǎng)供水不間斷、干粉和氮?dú)鈨?chǔ)量充足等。

4.2.4 做好全面防護(hù)，保障安全處置

煤氣柜事故處置中要做到“四防”，即防火、防爆、防中毒、防窒息。參與一線處置的指戰(zhàn)員必須加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)。泄漏事故處置中要全程佩戴空氣呼吸器，攜帶防爆對(duì)講機(jī)等設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)救援；發(fā)生燃燒爆炸事故必須設(shè)置緊急救援小組和安全觀察哨，明確撤離線路和撤離信號(hào)，遇到撤離不及時(shí)救援人員被困或者受傷情況，緊急救援小組應(yīng)第一時(shí)間介入開(kāi)展救援。