煤粉制备系统火灾爆炸指数安全评价方法探讨

  

  （ 1） 粉尘爆炸。煤粉越细，爆炸危险性越大。 在煤粉制备过程中，其煤粉粒径大多在 80μm 以下，

  一、前 言 水泥熟料生产线煤粉制备系统通常包括煤磨及 其输送、储存 （ 原煤堆场和煤粉仓） 和收尘，另外 还有烧成窑头油泵站等。系统存在的最重要的危险 因素是火灾爆炸，其后果通常是灾难性的，可能致 人死亡、使生产设备和设施遭受严重破坏。而对水 泥熟料生产线煤粉制备系统采用通常的安全评价方 法，其内容主要有预先危险性分析和安全检查表等 定性分析，对存在危害程度和后果缺乏量化的缺点。 本文重点探讨火灾爆炸指数法在水泥熟料生产线煤 粉制备系统安全评价中的应用，供参考。 二、煤粉燃烧和爆炸的因素 煤粉因比表面积很大，与空气接触后比煤块更 易氧化和自燃。煤粉燃烧和爆炸通常要具备 3 个条 件，即可燃物浓度、氧气浓度及引燃 （ 爆） 能量， 下面逐一进行简要分析。 1． 可燃物质浓度 新型干法水泥的用煤一般是烟煤和无烟煤。在 煤粉的制作的步骤中会不会产生爆炸，这主要和煤粉的 浓度、细度、挥发分含量有关。 （ 1） 气体中的煤粉浓度： 对于烟煤，煤粉最危 险浓度范围在 1200 ～ 2000g / m3 之间，在这一浓度范 围内，当遇到火花或明火条件时，煤粉会产生着火； 且由于瞬间产生温度很高的燃烧产物，压力急剧增

  损失； （ 2） 可确定引起事故发生或使事故扩大的装置； （ 3） 能通报潜在的火灾爆炸危险性； （ 4） 可使有关部门和人员了解各工艺单元可能

  1． 工艺单元的选择 煤粉制备在水泥生产中是个相对独立的部分， 该系统具有火灾爆炸性，其工艺单元具有以下特征： 煤粉具有 潜 在 的 化 学 能 且 单 元 中 煤 粉 有 一 定 的 量， 并在操作中具有一定的压力和温度； 单元占有资金 密度较大，是水泥厂生产的关键系统； 煤粉制备系 统存在有火灾爆炸事故案例。因此，选择火灾爆炸 指数法对煤粉制备单元进行安全评价是适应的。 2． 物质系数 MF 的确定 物质系数主要由物质的燃烧性 Nf 和化学活性 Nr 来决定。煤粉属于可燃性固体一类，故其燃烧性系数 取 Nf = 3。同时煤粉在接触空气、受光照射或受潮时均 会发生明显的变化或分解，故煤粉的化学活性系数取 Nr = 1。 所以煤粉物质系数可选取为 MF = 16，（ 选自《安全评 价》2003 版表 9 － 7，P202，煤炭工业出版社） 。

  3． 一般工艺危险系数的确定 一般工艺危险系数是确定事故损害大小的主要 因素，其基本系数是 1. 00，通常共要考虑 6 项因素 （ 见表 2） ，即： 放热化学反应，封闭单元或室内单 元，物料处理与输送，通道，吸热反应，排放和泄 漏控制。而在煤粉制备工艺单元中，后三个因素的 危险系数可不作考虑，主要只要考虑前面三个因素。 其中： （ 1） 煤粉的燃烧是在氧气中燃烧的氧化反应，

  【摘 要】 介绍了水泥熟料生产线煤粉制备系统安全评价采用的火灾爆炸指数安全评 价方法； 深入总结了该方法的运用程序、适用条件以及相关参数的选取和计算方式； 并以 2000t / d 生产线的煤粉制备系统为例进行了实例分析计算。在此基础上，提出了在煤粉制备 系统工艺设计上一般可采取的安全技术措施与对策，且在某些特定的程度上还探讨了煤粉制备系统 安全评价的规范化模式。

  不可接受，在实际生产中，常常能够最终靠采取对应 的安全措施，制定相应的安全规程等方法使其危险 性降到可接受程度，实现安全生产。

  6． 安全措施补偿系数的确定 全措施可大致分为工艺控制、物质隔离和防火措 施三类，其补偿系数分别为 C1、C2、C3，见表 7。

  特殊工艺危险基本系数 A． 毒性物质 B． 负压操作 （ ＜ 6. 665 × 104 Pa） C． 易燃范围内及接近易燃范围的操作 （ 1） 罐装易燃液体 （ 2） 过程失常或吹扫故障 （ 3） 一直燃烧范围内 D． 粉尘爆炸 E． 压力释放 F． 低温 G． 易燃及不稳定物质数量 （ 1） 工艺中的液体及气体 （ 2） 贮存中的液化及气体 （ 3） 贮存中的可燃固体及工艺中的粉尘 H． 腐蚀与磨蚀 I． 泄漏一接头和填料 J． 使用明火设备 K． 热油热交换系统 L． 转动设备

  加，就可能会产生爆炸现象。因煤粉制备系统中，气 体中煤粉浓度范围为 500 ～ 1000g / m3 ，即在易燃易 爆范围内，所以应加强防火灾和防爆安全措施。

  （ 2） 煤粉细度： 煤粉越细，爆炸危险性越大。 对于烟煤，当煤粉粒径大于 100μm 时，几乎不会发 生爆炸； 但在煤粉制备过程中，除尘器及管道内积 聚的烟煤粉粒，其粒径小于 100μm，处于燃爆范围。

  （ 3） 挥发分含量： 挥发分高，产生爆炸的可能 性大。对于无烟煤，因其挥发分 ＜ 10% ，一般可不 考虑其爆炸性。但当挥发分 ＞ 25% （ 烟煤的挥发分 通常都高于 25% ） 时，爆炸危险性增大； 挥发分愈 高，爆炸危险性越大。

  2． 氧气浓度 燃料要充分燃烧，要有充足的氧气。通常若氧 气的浓度 ＜ 14% ，由于燃料燃烧时供氧不足，煤粉 不能继续燃烧； 但若氧气的浓度在 16% 以上，就易 引起燃爆事故。注意当煤粉烘干介质采用熟料冷却 机的热风时，因其氧含量约为 21% ，须采取配套的 防燃爆措施。 3． 引燃 （ 爆） 能量 煤粉制备中，引燃 （ 爆） 能量就是火花或明火。 而其火源隐患主要有： （ 1） 烘干热风带来的火源； （ 2） 系统某些地方长期堆积的煤粉氧化后使局

  部温度升高而自燃起火； （ 3） 系统固静电积累引起的火花； （ 4） 其它外部火源。 如果煤粉料层堆积较厚，煤粉会在较低的温度

  下发生自燃； 当达到煤粉的着火温度时，会急剧燃 烧，若热量不能及时散发，会产生爆炸。因此在煤 粉制备系统中，必须严控有关部位的温度指标。 如煤磨入口热风温度应≤300℃ ，煤磨出口气粉混合 物的温度应控制在高于露点 30 － 50℃ 范围内。

  （ 3） 转动设备。煤粉制备单元内存在大量的转 动设备，选取该项危险系数 0. 5。

  5． 火灾爆炸指数的确定 煤粉制备系统的工艺单元危险系统 F3 = F1 × F2 = 2. 25 × 3. 12 = 7. 04； 其火灾爆炸指数 F＆EI = F3 × MF = 7. 04 × 16 = 112. 64。根据表 6 可知，煤粉制备 系统的火灾爆炸危险程度属于中等范围。但是，这 一评价结论是煤粉制备系统未采取安全措施时的系 统固有危险，属于危险度初期评价。如果改危险度

  此外，气粉混合物流速也应控制在合适的范围。 因为若流速过低，气粉流动不畅，会产生沉积而引 起自燃； 流速过高，会引起静电火花而导致煤粉爆 炸。一般流速控制在 16 － 30m / s 范围，比较适宜。

  三、煤粉制备道化学火灾爆炸指数评价 煤粉制备道化学火灾爆炸指数评价方法由美国 道化学公司开发并不断修改，日趋完善。该评价方 法是以已往的事故统计资料及物质的潜在能量和现 行安全措施为依据，定量地对工艺装置及所含物料 的实际潜 在 火 灾 爆 炸 和 反 应 危 险 性 进 行 分 析 评 价。 其功能主要有： （ 1） 能量化潜在火灾爆炸反应性事故的预期

  （ 2） 煤粉烘干热风和用于控制进磨风温的渗入 冷风都不来自程度地含有特殊的比例的 O2 ，可能会导致煤 粉的燃烧爆炸，不论是否采用惰性气体置换，物料 处理与输送系统的危险系数均取 0. 50；

  （ 3） 封闭单元或室内单元 （ 如煤粉制备系统中 的收尘器，它既是环保设备又是输送工艺设备） ，其 危险系数应选取 0. 50 × 50% = 0. 25。