高炉系统是一个高温高压的密闭系统,包括高炉鼓风机、热风炉系统、高炉本体、高炉煤气净化系统、TRT压差发电,高炉本身是一个压力容器,属于企业内重大危险源之一。一旦发生气体泄露或高温渣铁泄露,很容易产生巨大爆炸并伴随着浓烟,经常会导致人员伤亡。


高炉爆炸事故是炼铁生产中各种矛盾问题从量变到质变的结果。因此,高炉爆炸事故的防范必须以预防为主,要把隐患消灭在萌芽状态,防患于未然。

高炉爆炸事故通常有哪些潜在因素,如何正确防范?

1高炉爆炸类型


高炉爆炸大致可分为以下几类:1)热风炉本体烧出;2)热风管道烧出;3)高炉炉缸烧出;4)高炉炉顶放散异常开启;5)高炉炉内爆炸。


1.1热风炉本体烧出


某厂高炉热风炉投产后,热风系统发生炉皮开裂近百次,分别采取单个热风炉甩炉、焊口清根、重新焊接等措施进行了处理。2012年12月,该热风炉炉皮烧出,甩炉后进行耐材修补和炉皮挖补处理。


1.2热风管道烧出


2013年6月,某厂2#高炉正常生产时,突然发出巨响,热风炉区域有大量砖块飞出并伴有大量黑烟,高炉风压骤降,风量大幅上升,当班作业长立即进行紧急停风处理。事后发现,2#、3#热风炉之间的热风总管波纹补偿器烧出,并导致高炉大灌渣,高炉停风48h。幸运的是,事故发生时,对发生烧出的波纹补偿器进行包覆作业的4名施工人员暂时离开了施工区域,避免了人员伤亡。事故的主要原因是几次长时间停炉检修时热风管道内部温降幅度大,导致热风总管砖缝变化较大,造成管道顶部耐火砖的下沉和热风管道掉砖。另外,热风总管内层砌筑的重质硅砖膨胀系数最大,外层轻质高铝砖膨胀系数低,从检修情况看,设计存在一定的不足,对轻质高铝砖砌筑设计的膨胀缝偏大,容易串风。

高炉爆炸事故通常有哪些潜在因素,如何正确防范?

1.3炉缸烧出


2010年8月,某厂1# 2500m3高炉炉缸烧穿。烧穿位置在19#风口正下方,与西铁口夹角51。;水平位置距铁口中心线1.6m,1层和2层冷却壁之间,最终烧坏5块冷却壁。烧穿后当即休风。从炉内流出渣铁约350t,并喷出焦炭。喷出物在炉台引起大火,烧坏电缆等设备,无人员伤亡。


以下几种高炉设计缺陷是导致炉缸烧穿的原因。


1)炉缸结构问题。


自从某厂5#高炉1990年大修时首次引进了美国优卡小块炭砖后,国内很多高炉采用小块炭砖与陶瓷杯的炉缸结构。此种炉缸结构,一旦陶瓷杯被侵蚀或出现裂缝,铁水会直接接触炭砖,在热导率相对较低的炭捣层和冷却能力较弱的冷却壁之间会构成明显的“热阻层”。优卡小块炭砖根据导热系数不同分为NMA砖和NMD砖。优卡小块炭砖主要成分为电极石墨,属于石墨砖,NMA砖本身不耐侵蚀。石墨质炭砖不易在炉缸形成稳固的渣铁保护层,不能直接阻挡铁水的渗透侵蚀,很容易在炉缸某一部位形成烧穿。另外,与优卡炭砖同时使用的泥浆含有较多的挥发物,其小块砖砌筑砖缝最低只能达到1.5-2.0mm,随着挥发物的消失,缝隙中渗铁及炭砖溶损将更为显著。


2)冷却能力问题。


随着高炉大型化和强化冶炼,高炉单位炉墙面积上单位时间的热负荷必然随之增加,高炉长寿理念必须与时俱进,新设计的大型高炉应该对冷却强度要求不同的炉缸、炉身进行分段冷却,有利于高炉操作和长寿。


3)炭砖质量问题。


某厂一座1250m3高炉,投产15天后局部环碳温度一度升至600℃以上,勉强维持8个月生产,渗铁竟高达70余吨,由于及时采取补救预防措施,才避免发生炉缸烧穿事故。经切割冷却壁测量炉缸炭砖后发现,最大炭砖间缝隙达30-70mm,说明投产后在炉内高温高压环境下,炭砖质量欠缺,导致发生形变。炭砖的焙烧温度不够,甚至根本没焙烧,使炭砖在受热后发生形变,形变累积加上砌筑质量不高造成炭砖缝隙大,导致炉缸烧穿未遂事件。


炉缸、炉底关键部位选用炭砖时应考虑可能直接接触到铁水的炉缸部位,不应选择石墨质炭砖,因为有的生产厂家为了追求高热导率,加入大量石墨或石墨电极,降低了炭砖的抗铁水熔蚀性能,给炉缸安全带来隐患。

高炉爆炸事故通常有哪些潜在因素,如何正确防范?

4)死铁层深度不合理。


近年,国内设计的高炉都选择较深的死铁层,但通过调查炉缸烧穿的高炉后发现,象脚侵蚀均在相对“陶瓷杯底”较高位置,肯定与较高的渣铁面有一定的关联。目前普遍认为加深死铁层深度可缓解铁水环流对炉缸的侵蚀,但不能一味加深,深度增加,则铁水静压力相应增加,对炉缸的影响也增大,故目前广泛应用的炉缸直径20%的死铁层深度需要进一步实践论证。


炉缸铁水环流模拟结果显示,铁水流速不同是造成周向以及纵向炭砖侵蚀不均匀的原因。在圆周方向上,炉缸侧壁附近的铁水流速呈高度不均匀分布,这是导致炉缸圆周方向侵蚀不均的主要原因。在圆周方向上,在出铁口附近,铁水流速随着距铁口方位角的增加先增加再降低,最大铁水流速出现在0。-12。。在高度方向上,炉缸侧壁附近的铁水流速均呈高度不均匀分布,这是导致炉缸高度方向侵蚀不均的主要原因。泥包不存在时,无论死料柱沉坐在炉底还是漂浮在铁水中,铁水流速最大的位置均出现在出铁口附近。


“象脚状”侵蚀的主要原因是死料柱小幅度浮起,而不是死料柱沉坐,且随着死料柱浮起高度的不同,圆周方向上易于出现的“象脚状”侵蚀位置也不同,死料柱浮起高度越小,越靠近铁口正下方。死料柱小幅度浮起的高炉,侵蚀相貌为“象脚状”+“腮腺炎”状侵蚀。死料柱浮起高度大于0.6m有利于高炉长寿,处于0.6-0.8m是比较经济合理的,一方面能够减缓“象脚状”侵蚀的发生,另一方面,不至于使死铁层过深。死料柱沉坐的高炉,侵蚀形貌主要为“腮腺炎”状侵蚀。


对比国内外高炉大修后炉缸侵蚀情况,基本未发现四个铁口侵蚀情况非常均匀的情况,都是不均匀的。为减弱铁口区域的环流造成的侵蚀,提高死焦堆的透气透液性,增强通过铁水的能力,保持炉况稳定顺行,提高风速动能,改善炉缸的活跃状态,是减弱铁水环流的有效方式。同理,如果炉况顺行较差,煤气波动,则必然会导致铁水环流加剧,炉缸侧壁温度升高,出现炉缸温度难以控制的局面。


5)出铁口设置角度不当。


国内部分高炉两个出铁口呈直角布置,这种布置方式不但给高炉生产组织带来困难,还会加剧炉缸内铁水的环流侵蚀,威胁炉缸安全。某些高炉渣沟长度相差较大,在异常炉况恢复生产时,多从短渣沟对应的出铁口出铁,使得此出铁口区域铁流侵蚀严重,容易发生烧穿。


6)缺乏炉缸炉底监测手段。


发生炉缸烧穿事故的高炉有一个共同的特点:炉缸炉底部位监测热电偶数量少。未能尽早发现炉缸炭砖温度升高的隐患,采取相应预防措施。例如鞍钢新一号高炉等检测手段好的高炉,在事故发生前炉缸温度已有大幅度升高,由于对高炉关键区域的监控手段强,最终只是渗铁,避免了炉缸烧穿事故。


1.4 炉顶放散异常开启


高炉炉顶放散异常开启后会伴随着巨大声响、炉顶大火和浓烟,无论是事故造成的损失,还是对企业造成的影响,都是巨大的,对操作者形成一定的心理阴影。2019年国内曾发生多起相关炉顶爆炸着火的事故,设置顶压超限自动开放散是预防类似事故比较有效的办法。


1.5炉内爆炸


案例1:1990年3月,某厂1#高炉发生爆炸。高炉托盘以上炉皮被崩裂,部分炉皮、冷却设备及炉料被抛向不同方向,炉身支柱被推倒,炉顶设备连同上升管、下降管及上料斜桥等瞬间全部倒塌。由于红焦和热浪的灼烫、倒塌物的打击及煤气中毒,造成19人死亡,10人受伤。


案例2:2006年3月,某炼铁厂5#高炉检修时发生高炉炉顶爆炸。爆炸是由于高炉长时间悬料,炉内下部形成较大空间,此时炉顶放散打开。因为炉顶温度逐步升高采取间断打水降温。当炉内突发塌料时,炉顶瞬间产生负压,空气从炉顶放散阀处瞬间进入炉内,炉身上部含水料柱塌落,料柱上的水遇高温后分解产生氢气和氧气,和炉内下部的高温煤气混合后满足爆炸条件发生爆炸,造成6死6伤。


2事故防范的措施


高炉爆炸事故防范要从预防为主、问题导向和忧患意识三个方面来把握。要搞好高炉安全生产,必须尊重客观规律,预防为主。操作规程简洁实用,可执行性强;加强职工对应急预案的演练;始终坚持目标导向的过程控制和问题导向的责任落实;始终保持如履薄冰的忧患意识。


对管理者而言,首先要确保制度的可执行性,即各项制度、安全操作规程及事故应急预案简洁适用,制度的标准要不断完善。有的企业安全操作规程、应急预案不能与时俱进、及时更新,抄袭、沿用老旧操作规程现象较多,导致操作者没有合适的规范可以执行。


其次要确保制度的执行,任何人违反制度都要严格按照规定落实处罚。


再次要建立安全免责机制。让操作者在处理安全事故时敢于依照规程果断采取相应措施,不会因担心考核、批评等而采取不正确的操作,导致事故扩大。因此,企业管理层应建立有效的安全免责机制,因安全而釆取的一切有效措施,均应免责,让安全第一的思想深入人心。


最后要营造全员参与设备管理的氛围。“抢产量、拼设备”是生产企业普遍存在的“顽疾”。为了解决这个难题,企业管理者需要建立实施从单位一把手到操作工人与设备管理挂钩的考核制度,树立“生产依赖设备,设备服务生产;生产要保养设备,设备要保证生产”的观念,强化“二级单位第一负责人是设备管理的第一负责人,操作工人是设备管理的主人”的责任意识,转变设备管理就是设备维修的落后观念,营造全员参与设备全过程管理的氛围。


对操作者而言,有效避免安全事故,首先要熟知规章制度,重点包括各类安全操作规程和事故应急预案,合规操作。其次要善于学习,包括各种安全事故的分析处理,提高预判和处理突发事件的能力,只有平时预案演练多流汗,处理事故时才能处变不惊少流血。最后,只要遇到高炉风压或顶压突然大幅升降的情况,快速减风、停风是最有效的方法。有效降低事故发生机率,减小事故影响,是高炉操作者的职责。


高炉投产后,设计缺陷和施工质量缺陷已经是既成事实,只能后续弥补。但管理的事故和操作的事故是能够预防的。一切事故重在预防,一分预防胜于十分治疗。事故发生的根源大多是炉况失常,保证炉况稳定顺行也就预防了大部分事故的发生。如何保证长期炉况稳定顺行是一个系统工程,需要多方协同,不是单一操作者能左右的。操作者能做的是一旦事故发生,遵循应急预案果断处理,尽可能减少损失。


总之,从战略层面考虑,事故防范要以预防为主,一分预防胜于十分治疗。事故防范必须坚持目标导向的过程控制和问题导向的责任落实。从战术层面考虑,快速减风停风是减少事故损失的有效手段。


文章来源: 冶金之家

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