王貴鮮，陳超超，王興凱，李龍偉，杜佳民

(1.貴州金澤新能源科技有限公司，貴州 遵義 563300；2.北京首鋼朗澤科技股份有限公司，北京 100000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，能源需求日漸增長，同時也帶來了環(huán)境污染。全國冶金工業(yè)煤氣具有面廣、量大、純度高的特點，綜合利用前景廣闊，直接排放不僅造成資源浪費，還對環(huán)境造成污染。雖然已有部分企業(yè)利用煤氣直接燃燒發(fā)電，但投資較大，利用效率僅30%～50%，同時產(chǎn)生NOx、SO2等污染物處理難度大、成本高，以致燃燒發(fā)電經(jīng)濟效益較低。首朗新能源科技公司是一家以工業(yè)煤氣特殊生物發(fā)酵制變性燃料乙醇的煤氣深加工企業(yè)，該技術不僅可提高煤氣利用效率達80%，將變性燃料乙醇摻配到汽油中可強化汽油燃燒，減少汽車尾氣污染物排放，有效降低大氣污染，在節(jié)能降耗增效方面效果顯著。在“碳達峰、碳中和”新時代背景下為煤氣安全生產(chǎn)作出了顯著貢獻，對新能源開發(fā)應用起到了巨大的推動作用。

因為煤氣的物理和化學性質，煤氣生產(chǎn)企業(yè)煤氣裝置存在諸多危險因素以及危險源，在煤氣生產(chǎn)使用過程中相應的煤氣事故頻發(fā)，煤氣泄漏造成的中毒、燃燒、爆炸事故形勢非常嚴峻，嚴重制約企業(yè)安全生產(chǎn)發(fā)展。所以，要求煤氣生產(chǎn)、加工企業(yè)必須采取有效的安全防范措施保證安全生產(chǎn)，切實提高煤氣生產(chǎn)安全與質量，使工業(yè)煤氣能夠更好的被開發(fā)和利用。本文旨在以首朗新能源科技公司采用冶金尾氣特殊生物發(fā)酵技術制變性燃料乙醇項目煤氣輸送、凈化處理、壓縮、制醇等使用過程提出若干安全措施，希望可以為冶金工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)安全和事故預防方面提供一定的參考和幫助。

該技術是以冶金煤氣作為原料氣，經(jīng)除雜壓縮凈化后通過特殊生物發(fā)酵技術生產(chǎn)變性燃料乙醇，設計處理煤氣量約50 000 Nm3/h，年可生產(chǎn)變性燃料乙醇4.5 余萬噸，蛋白飼料6 000 噸，實現(xiàn)年營業(yè)收入4.1 億元，經(jīng)濟價值是直接燃燒發(fā)電的2.5～3 倍，生產(chǎn)工藝過程一次減排CO2達30%，每生產(chǎn)1 噸變性燃料乙醇可減少CO2排放2.5 噸，項目每年減排CO2達15 萬噸，氮氧化物640 噸，顆粒物排放減少67%，經(jīng)濟效益顯著且有效降低環(huán)境污染。

1 煤氣凈化、壓縮處理工藝簡介

冶金煤氣來自外界鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，煤氣初壓力約20 kPa，通過管道輸送進入一級凈化裝置去除較大固體顆粒和焦油，經(jīng)焦油清洗裝置在高壓靜電場作用下去除焦油和含塵，然后壓縮增壓至0.6MPa，滿足工藝需求。再經(jīng)擴容分離除水，對壓縮后的煤氣進行高壓低溫吸附系統(tǒng)、脫毒系統(tǒng)進行二級凈化處理，去除細微塵粒、苯、萘等苯系雜質，再經(jīng)后續(xù)裝置加熱至290 ℃后進入氧化脫氧裝置除去煤氣中含氧，使煤氣含氧量小于1.0%，滿足安全要求。然后經(jīng)冷卻器冷卻并進行氣水分離、精細過濾后獲得潔凈煤氣，為生物發(fā)酵制變性燃料乙醇工序提供合格的原料煤氣。

如圖1 所示，煤氣壓縮凈化生產(chǎn)工藝具有煤氣裝置設備多、工藝管線長、系統(tǒng)復雜等特點，且壓力高，凈化處理氣量大，以至于煤氣泄漏可能性較大，潛在危險因素較多，中毒、燃燒爆炸危險性較高。

2 煤氣的危險特性

2.1 煤氣產(chǎn)生及主要成分

冶金煤氣是指焦炭在工業(yè)爐的高熱環(huán)境下，與爐底通入的高溫空氣和蒸汽混合物發(fā)生劇烈的氧化與還原反應過程所生成的氣體，其主要成分是CO、H2S、CO2、SO2、H2、N2、CH4等。其中CO 和H2S 均是高毒氣體，CO 無色無味，極易造成血液中毒，而H2S 是無色、易燃的酸性氣體，有臭雞蛋氣味，容易侵害人體呼吸系統(tǒng)和中樞神經(jīng)；主要易燃易爆組分有CO、H2S、CH4和H2等。因此，冶金工業(yè)爐煤氣是一種易燃、易爆、易中毒的毒性氣體，其生產(chǎn)和加工使用過程中最容易發(fā)生煤氣中毒和煤氣泄漏著火爆炸惡性安全事故。

2.2 煤氣中毒事故特性

煤氣中毒是因為煤氣中的CO、CO2是沒有顏色和氣味氣體，它與血紅蛋白親和力較強，結合速度快，比氧與血紅蛋白高200～300 倍，而碳氧血紅蛋白的分離速度比氧血紅蛋白慢3 600 倍，人體內一旦形成碳氧血紅蛋白就不易分離。因此，CO 被人體呼吸后，極容易形成碳氧血紅蛋白，從而阻礙血液的氧氣輸送和氧氣供應功能。如果CO 吸入過多，血液將完全失去氧氣輸送功能，導致人體缺氧。輕者頭暈、頭痛、全身無力、嘔吐，重者意識喪失、昏迷甚至死亡，對人體組織細胞有損傷，尤其是對大腦皮層等部位較為敏感。

2.3 煤氣著火爆炸事故特性

爆炸是一種非?？焖俚奈锢砘蚧瘜W能量釋放過程。爆炸可分為物理和化學爆炸，煤氣爆炸屬于化學爆炸。其特點是：當煤氣與空氣或氧氣的混合濃度含量在12.5%～74.2% 之間時，遇靜電火花、明火或高溫會產(chǎn)生劇烈反應，瞬間釋放大量高熱能，產(chǎn)生大量氣體，體積迅速膨脹。如果在封閉容器中，壓力會急劇上升，超過封閉容器承壓極限時發(fā)生爆炸。煤氣事故不僅僅發(fā)生在整個生產(chǎn)運營過程，在裝置啟、停及檢修動火作業(yè)時因置換不徹底氧量超標或點燃聚集的煤氣也會發(fā)生爆炸事故。

3 煤氣事故原因分析

據(jù)不完全統(tǒng)計，僅2005 年至2021 年工業(yè)企業(yè)發(fā)生煤氣事故50 起，其中重大傷人事故5 起，較大危害事故19 起，一般影響事故26 起，造成269 人死亡，受傷391 人，總經(jīng)濟損失超過2.8 億元。通過對近年來我國發(fā)生的煤氣事故分析，不難發(fā)現(xiàn)造成煤氣生產(chǎn)事故，究其原因主要有以下5 方面[1]。

3.1 管理制度缺陷，執(zhí)行力不足，現(xiàn)場管理混亂

很多煤氣生產(chǎn)企業(yè)在安全管理制度方面未制定專業(yè)、詳細的安全管理制度，甚至有的企業(yè)只是停留在紙上，掛在墻上，搞形式主義，在實際生產(chǎn)過程中可操作性低，不符合自身安全生產(chǎn)實際，導致煤氣生產(chǎn)安全管理制度與實際操作“兩層皮”，不能落到實處。特別是對于煤氣作業(yè)過程中的各部門之間，各班組之間以及與外協(xié)承包商之間的交叉作業(yè)問題未提出明確的規(guī)定，導致作業(yè)時各方安全責任劃分不明且缺乏必要溝通而造成事故。

3.2 煤氣生產(chǎn)人員安全風險意識淡薄，技能水平欠缺

現(xiàn)階段，化工煤氣生產(chǎn)企業(yè)人員流失嚴重，大部分工作人員業(yè)務水平參差不齊，專業(yè)操作技能掌握不扎實，對一些煤氣運行設備的使用也不規(guī)范。除此之外，對于煤氣生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的跑冒滴漏隱患未及時采取科學有效地處理，安全意識和風險分析意識相對匱乏。作業(yè)人員安全意識的薄弱對煤氣生產(chǎn)的安全性具有非常不利的影響，增加安全隱患，同時對企業(yè)形象與經(jīng)濟利益也會產(chǎn)生負面的影響與損失。如霸州某公司煉鋼廠“9·27”煤氣中毒事故，就是現(xiàn)場作業(yè)人員未能準確判斷煤氣泄漏，安全意識淡薄，盲目施救造成造成5 人死亡，2 人受傷的慘劇。

3.3 安全投入不足，安全設備設施有缺陷

很多煤氣生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，設備設施老舊，未及時更新生產(chǎn)工藝和裝置，存在事故隱患多，加之近年來受疫情影響實體行業(yè)不景氣，煤氣生產(chǎn)企業(yè)減少了安全投入。在煤氣安全設備設施方面，由于設計缺陷未設置可靠的泄漏監(jiān)測和安全聯(lián)鎖、報警、跳閘裝置，防雷防靜電設施不完備，采用的閥門、墊片、儀表等材料不符合質量要求或超過使用年限未及時檢修更換，負荷調節(jié)失當，控制機構失靈，防護裝置失效，安全檢查維護不徹底等原因，導致煤氣事故。如：濱州某公司因1#排水器有安全缺陷，未設置水封檢查口，不能清楚檢查水封水位，導致水封有效液位連續(xù)下降，直到水封被煤氣壓力瞬間擊穿，輸送煤氣大量泄漏，造成10 死7 傷，經(jīng)濟損失達990 余萬元的“11·29”重大煤氣中毒事故[2]。

3.4 安全培訓不到位，安全防護不足

絕大部分煤氣事故都存在思想麻痹大意，操作不按規(guī)范，違章作業(yè)，安全防護欠缺等問題。目前大多煤氣生產(chǎn)企業(yè)安全培訓沒有針對性，流于形式，迫于完成任務，安管人員及煤氣作業(yè)人員無證上崗的情況仍然存在，以至于盲目指揮、盲目操作而導致事故的發(fā)生。一些企業(yè)現(xiàn)場管理欠缺，現(xiàn)場易發(fā)生煤氣泄漏區(qū)域標識不清，安全帽、CO 檢測儀、安全繩等佩戴、使用不規(guī)范，甚至有的人員不會正確使用空氣呼吸器，有的人員沒有配戴CO 檢測儀到煤氣生產(chǎn)區(qū)域的情況。因此，強化安全教育培訓，加強事故預防和演練是增強作業(yè)人員安全意識、提升安全技能的重要手段。

3.5 相關業(yè)務承包單位管理不規(guī)范

目前，大多煤氣生產(chǎn)企業(yè)大量使用外協(xié)工，將施工、檢修及部分生產(chǎn)任務外包給外協(xié)單位，同時將安全管理的責任也一并交由外協(xié)單位負責，存在“以包代管”，未履行安全管理職責的現(xiàn)象，對外協(xié)施工作業(yè)沒有實施有效的監(jiān)管和協(xié)調。甚至有的煤氣生產(chǎn)企業(yè)在實際操作過程中，將工程項目發(fā)包給不具備相應資質的單位進行施工而導致煤氣事故。由于外協(xié)單位作業(yè)人員文化程度和安全意識普遍不高，安全生產(chǎn)技能低下，安全管理缺位，對生產(chǎn)現(xiàn)場不熟悉，因此，發(fā)生安全事故也就難于避免。如：河北某公司“1·04”煤氣中毒造成9 人受傷，21 人死亡重大事故的間接原因為選用無資質的外協(xié)單位對風機管道改造安裝。

4 煤氣生產(chǎn)凈化、壓縮安全防范對策

本裝置煤氣凈化壓縮工藝復雜，設備多、壓力高、工藝管線長、煤氣裝置涉及面廣、凈化壓縮處理氣量大等特點，危險因素以及潛在危險隱患較多，以至于煤氣泄漏可能性較大，中毒、爆炸危險性較高。尤其是離心壓縮工序及后續(xù)高壓凈化、高溫脫氧等工藝，對煤氣設備運行狀態(tài)監(jiān)視，氧含量控制、溫度調節(jié)控制平穩(wěn)達標尤為重要[2]。

目前首朗新能源科技公司已在全國各地建成多家燃料乙醇生產(chǎn)基地，年產(chǎn)燃料乙醇約30 萬噸，通過制定科學的安全管理制度與可靠的安全防范措施，自2018 年建成投產(chǎn)以來，未發(fā)生一起煤氣傷亡事故，實現(xiàn)了重傷和死亡事故為零，重大中毒、火災爆炸、環(huán)境污染事故為零的安全生產(chǎn)目標。

做好煤氣安全生產(chǎn)，必須嚴格按照相關標準執(zhí)行[3]，其裝置從建設安裝到投產(chǎn)使用，遵守安全第一，預防為主，以人為本，做到管、查、培、創(chuàng)等幾個重點方面工作：

管理：貫徹煤氣安全管理標準，加強設備缺陷管理，保障煤氣安全生產(chǎn)。煤氣安全生產(chǎn)管理必須按“事事有人管，人人有事做”的原則，嚴格落實煤氣安全標準化，規(guī)范系統(tǒng)生產(chǎn)管理，針對作業(yè)人員技能水平高低不一的現(xiàn)狀，公司實施以下管理措施來規(guī)范大家的作業(yè)行為和習慣。(1)制定煤氣作業(yè)管理制度、定期更新完善，讓煤氣作業(yè)人員記于心、踐于行。(2)煤氣作業(yè)現(xiàn)場設立了安全風險公示牌、煤氣作業(yè)管理制度牌、危險事故警示牌和安全風險分布圖，使作業(yè)人員對生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境一目了然。(3)建立健全煤氣設備置換、清洗、修理更換、三劑裝填等重大實施方案，讓作業(yè)人員操作有據(jù)可依、有章可循。(4)結合國內外典型事故案例，常見故障，定期組織作業(yè)指導書的修訂，全員參與，力求指導書的安全性、可操作性。(5)加強設備缺陷排查、整改、再排查，定人、定時、定措施的閉環(huán)管理，保證設備安全可靠，根據(jù)全廠風險評估，對隱患按輕、重、緩、急進行危險性分級，實行分級管控，遵照“大事不過天，小事不過班”的隱患處理原則，防患于未然。

檢查：利用作業(yè)審批制度、逐級簽定安全生產(chǎn)責任保證書、全員安全績效考核等管理手段，加強標準化、專業(yè)化工作的執(zhí)行監(jiān)管、層層落實。煤氣裝置檢修、倒換、改裝等施工現(xiàn)場，常常關系到設備工作狀態(tài)發(fā)生變化，工藝介質改變等，是安全事故頻發(fā)地帶。通過全面貫徹執(zhí)行工作票檢查制度，對檢修作業(yè)的開工許可、檢修工器具的選取、現(xiàn)場安全措施部署、作業(yè)過程質量監(jiān)督和完成后的確認檢驗等所有交接流程實施管理，進行過程控制，確保從開工至完成和檢驗投用的人、機器、料、法、環(huán)等每個環(huán)節(jié)均安全可靠。除此外，還需做到以下幾點：(1) 檢查裝置建設初期，是否嚴格落實“三查五定”工作，對裝置設備管道、閥門、放散、安全聯(lián)鎖的設計圖紙、過程安裝進行質量控制，把好安裝質量首關。(2)煤氣裝置運行過程中，由于生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣，操作調整頻繁，容易發(fā)生操作事故，須嚴格執(zhí)行作業(yè)指導書及操作規(guī)程要求，提升運行參數(shù)監(jiān)視、系統(tǒng)調節(jié)質量，針對重大事故和問題隱患多發(fā)地，加強對企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場設施的檢測能力和頻率，使重大事故隱患早發(fā)現(xiàn)、快解決，消滅在萌芽階段。(3)嚴格執(zhí)行“兩票三制”制度，它是企業(yè)安全生產(chǎn)最根本的保障，在操作過程中每項操作必須按操作票所列的項目內容和順序逐步操作，填票時采取一人唱票，一人復票，多人把關；操作時一人操作，專人監(jiān)護，杜絕人為因素的誤操作。(4)定期進行現(xiàn)場電氣、儀表、機械、運行操作等日常安全檢查，對發(fā)現(xiàn)的隱患下發(fā)限時整改通知，檢查整改完成經(jīng)評估合格后投用。(5)涉及到煤氣區(qū)域動火，由檢修單位辦理動火許可，專人監(jiān)護，安管人員多人、多頻次巡回監(jiān)督檢查。

培訓：加強作業(yè)人員業(yè)務技能與事故演練，提高現(xiàn)場事故應急處置能力。(1)煤氣生產(chǎn)班組可以采取集中授課和日常崗位培訓相結合的方式，組織技能培訓或安全學習，充分利用班前、班后會加強安全思想教育和煤氣作業(yè)理論知識培訓，考試合格，持證上崗。(2) 以安全活動月或安全活動日為契機，加強煤氣安全生產(chǎn)宣傳和安全事故應急預案演練，組織觀看煤氣事故紀錄片及安全警示視頻，總結教訓，警鐘長鳴，提高安全意識和規(guī)范安全行為，讓每一位員工清楚煤氣生產(chǎn)過程存在的安全風險、事故后果和預防措施。(3) 開展煤氣生產(chǎn)“老帶新、師帶徒”的傳幫帶活動，讓每一位操作人員知其然還要知其所以然，大力開展學業(yè)務、比本領、保安全的技能培訓和知識競賽活動，使作業(yè)人員的理論知識和實際操作技能、應急處置能力均得到大幅度提高，一旦發(fā)生緊急情況，做到科學、安全、高效救援。

創(chuàng)新：加大創(chuàng)新力度和投入，采用新工藝、新技術、新裝置降低煤氣系統(tǒng)安全風險。(1)管理創(chuàng)新，為了避免泄漏、爆炸事故發(fā)生，必須配備專業(yè)的安全技術管理人員，配置檢測檢驗設施和勞動防范用具，制定完善的煤氣生產(chǎn)和使用安全操作規(guī)程，以及煤氣安全管理的崗位責任制，明確責任，獎罰分明，設專人進行監(jiān)督檢查，一絲不茍的堅決執(zhí)行。(2)技術創(chuàng)新，不僅要按國家標準合理、全方位裝設煤氣泄漏檢測及安全聯(lián)鎖保護裝置，還需定期對檢測儀及連鎖裝置進行檢定，確保使用準確、安全可靠，使其煤氣生產(chǎn)區(qū)域不留人實現(xiàn)自動化運行，很大程度上減少了人員在煤氣區(qū)域內的滯留時間，降低了現(xiàn)場人身傷害事故的風險。(3)裝置創(chuàng)新，采用先進可靠的機械化、自動化安全手段創(chuàng)新投入，嚴禁使用國家明令禁止的工藝和設備，強化煤氣的安全監(jiān)測，嚴禁裝置“帶病”運行，減少物的不安全狀態(tài)。

5 結語

煤氣系統(tǒng)在生產(chǎn)、運行過程中，因人的不安全行為、設備、工藝、環(huán)境及管理缺陷等原因，存在發(fā)生煤氣泄漏、中毒、火災爆炸等安全事故。所以煤氣生產(chǎn)、凈化壓縮、深加工等企業(yè)，有效地防止煤氣生產(chǎn)安全事故必須防治結合。首先，不能僅僅從工藝操作上下功夫，還應該提高從業(yè)人員煤氣生產(chǎn)安全思想意識，加大煤氣安全生產(chǎn)應急管理體系建設和完善，重視煤氣的安全監(jiān)測、煤氣監(jiān)控設備和煤氣工藝流程優(yōu)化；其次，不斷推進煤氣安全技術創(chuàng)新，采用先進的生產(chǎn)工藝及設備，有效提高工藝設備安全系數(shù)和提升煤氣生產(chǎn)作業(yè)人員的素質等方面的防范措施。同時加強政府監(jiān)督和行業(yè)監(jiān)管，嚴肅查處事故，認真汲取事故教訓。只有這樣，才能科學地、合理地、安全可靠地組織好煤氣生產(chǎn)，扎實高效地防范煤氣安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，實現(xiàn)長周期、大規(guī)模、低能耗、高效益的生產(chǎn)目標。