煤气安全风险分析

1995年3月30日15时30分，马钢股份有限公司汽车运输公司二 队驾驶员赵某（男，25岁）驾驶马钢自编2-504号载重15吨上海大通 牌自卸车（装装联锁自控装置）到马钢股份有限公司二钢厂承担运输 钢渣生产任务，当其将第二车钢渣运到二钢厂钢渣场卸完后，在车斗 未复原位的情况下，即驾驶自卸车返回。18时50分左右，当车行驶至 马钢铁合金厂门西侧渣山路与铁道交叉处时，未落下的车斗将横跨厂 区道路上方离地面净空高4.3米,直径610毫米的由二钢厂通往铁合金 厂的一根高炉煤气管道撞断，造成煤气大量外泄，同时还将煤气管上 方并排的氮气、焦炉煤气、蒸气三根管道撞弯。经治金部、省治金厅 及马鞍山市有关部门机关组成的事故调查组检测确认，高炉煤气泄漏 是约9461立方米，煤气外泄密集区面积为1250平方米，受影响区域 3305平方米，致使过往行人及附近居民的66人煤气中毒，其中11人 死亡。
X10
未正确 佩戴防 护面具
X2
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无机械 通风
X6
自然通 风不好
X7
放散管、 人孔关
闭
X8
（1） 检修作业煤气中毒事故树
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求最小割集：
T=A1·A2
T=B1·B2·B3(X1+X2)
=(X3+X4+X5)(X6+X7+X8)(X9+X10)(X1+X2)
=X3X6X9X1+X3X6X9X2+X3X6X10X1+X3X6X10X2+X3X7X9X1+X3X7X9 X2+X3X7X10X1+X3X7X10X2+X3X8X9X1+X3X8X9X2+X3X8X10X1+X 3X8X10X2+X4X6X9X1+X4X6X9X2+X4X6X10X1+X4X6X10X2+X4X7X 9X1+X4X7X9X2+X4X7X10X1+X4X7X10X2+X4X8X9X1+X4X8X9X2+X 4X8X10X1+X4X8X10X2+X5X6X9X1+X5X6X9X2+X5X6X10X1+X5X6X 10X2+X5X7X9X1+X5X7X9X2+X5X7X10X1+X5X7X10X2+X5X8X9X1+ X5X8X9X2+X5X8X10X1+X5X8X10X2
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三、煤气事故的风险分析
了解煤气事故的风险因素，将煤气控制在可接受的风险 范围内，才能用好煤气这个二次能源，遏制煤气事故的发 生。
1、煤气中毒风险 （1）CO的毒性
煤气中毒有时也被称为一氧化碳中毒。由于CO具有多 种引起缺氧的作用，其与血红蛋白（Hb）生成碳氧血红蛋 白（HbCO）的能力要比O2与血红蛋白（Hb）生成氧合血 红蛋白（HbO2）的能力大200~300倍，阻断了血液输氧， 是煤气中毒的罪魁祸首。
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2、煤气的输送
将煤气通过管道送往用户，保证接点压力和用量要求， 保持管网压力稳定。煤气输送的风险特性是：管网延伸长， 区域广，受外力破坏的机率高。控制点：管道腐蚀穿孔泄 露；管道附属装置泄露、管网稳压泄压失效，管道焊接质 量差，管道严密性不符要求等。
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事故案例——自卸车车斗未落下撞断煤气管
广义上的风险，可写为： R=(H,P,L)
其中：R为风险；H为危险；P为危险发生的概率；L为 危险发生导致的损失。
狭义的风险，可写为： R=E(L)
其中：L为危险发生导致的损失。
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1、煤气的风险特性
煤气为可燃性混合气体，是由可燃气体，如 一氧化碳、氢气、甲烷和不可燃气体，如氮气、 二氧化碳等组成。煤气和空气在一定比例下混合 达到爆炸极限，遇激发能源（机械能、热能、光 能、电能等）即产生爆炸；煤气中含有大量一氧 化碳，散发在作业场所时，容易使人中毒；天然 气含有甲烷，散发在作业点或厂房内，易爆炸或 使人窒息。煤气中毒、着火和爆炸，是安全生产 面临的主要风险。
CO浓度 mg／m3（PPM） 30（24PPM） 50（40 PPM） 100（80 PPM） 200（160 PPM） 500（400 PPM） 1000（800 PPM）
作业时间 8小时 2小时 1小时 30分钟 20分钟 1—2分钟
人体反应 无反应 无明显后果 头痛恶心 头痛晕眩 中毒严重或致死 中毒死亡
H2
58~60 2.0~3.0 2.0~3.0 13~15
7~10
CH4
22~25 0.1~0.4
0.5~0.8 16~18
爆炸范围
4.5~35.8 35.0~72.0 12.5~74.0 7.8~75.07 21.5~67.5
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（2）爆炸极限的计算
Le Chatlier 公式 （1）不含氧或惰性气体（或N2、CO2浓度极少）
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（4）中毒事故树（FTA)分检析修作业煤气中毒事故 T
检修设备中煤气浓度超标 A1
作业人员没有个体防 护
A2
煤气窜入设备
B1
煤气积聚
未可靠 隔断运 行设备
X3
设备未 充分吹
扫
X4
设备释 放煤气
X5
无检测或监测
未戴防
护面具
B2
B3
X1
报警装 置失效
X9
没有进 行检测 或监测
100
L= n Vi i1 Li
浓度
式中：L——混合气体在空气中的爆炸上限或下限
Vi——各单一组分在混合气体中的浓度
Li——各单一组分在空气中的爆炸上限或下限
（2) 含有较多惰性气体时
L(1 k ) 100
L’=
k 1 Fra Baidu bibliotek00 L k
%
1 k
式中：L——混合气体在空气中的爆炸上限或下限
L’——修正后的混合气体在空气中的爆炸上限或下限
K——惰性气体含量，但需将其体积百分浓度换算成小数
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（3） 爆炸范围的影响
1）爆炸上限——爆炸下限
2）爆炸范围的影响因素 温度的影响：温度越高，爆炸范围变大， 即下限降低，上限提高 压力的影响：压力增高，爆炸范围变大，但下限变化不大，上限提高 临界压力：压力降低，上限与下限重合时的压力，此压力时，气体不 爆炸 惰性气体影响：惰性气体含量增加，范围变窄
事故原因： 1）司机在车斗未复原位，不下车观察的情况下，即驾车返回， 忽视安全，违反自卸车的操作规程 。 2）横跨道路煤气管道净高仅为4.3米， 不符标准要求。
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事故案例——贵港钢铁公司管网超压煤气泄漏事故
2011年7月28日，贵钢公司使用高炉煤气的轧钢厂、 炼铁厂烧结车间按计划限电停产，煤气用量减少。18时， 因泥炮机无法正常使用，1080立方米高炉采取减风方式生 产；18时30分左右，高炉加风生产，煤气量加大，造成该 公司三台自备余热煤气锅炉因空气与煤气比例失衡全部熄 火，电厂组织切断了进电厂煤气，导致煤气总管净煤气压 力超过正常压力。18时40分，设在轧钢厂的非标准设计的 “防爆水封”被击穿，随后轧钢厂组织人员对“防爆水封” 进行注水，煤气压力持续超压；19时40分左右，“防爆水 封”被完全冲开，煤气大量泄漏。20时30分左右，煤气停 止泄漏。因煤气外泄，导致轧钢厂附近作业人员及居民煤 气中毒114人入院就诊 ，无死亡。
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（6） 可燃气体混合物爆炸能量
Eb=VQv 式中：Eb——可燃气体混合物爆炸时的能量， kJ;
V——参与反应的可燃气体在标准状态下的体积, m3;
Qv——可燃气体的燃烧热，KJ/ m3; 例:1kg汽油完全蒸发并与空气混合达到爆炸极限,遇火花
在1秒内爆炸,求爆炸所做的功. 1kcal=427kgf.m, 1kw=102kg.f.m/s 1kg汽油的燃烧热=10300kcal 因此( 427Χ10300)/102=4.31Χ104kw
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（3）车间CO的工业卫生标准
1）我国 最高允许浓度为 30mg/m3 日本、美国、德国的有关团体推荐值为50ppm
2）换算关系： 标准状态：ppm =(mg/m3)/M×22.4 或 mg/m3=(ppm)/22.4×M 室温下：ppm=(mg/m3 )/M×24. 或 mg/m3=(ppm)/24.5×M 式中：M——CO的分子量，按M =28计。
M
氮气
40
60
80
M经氮气吹扫脱离爆炸范围
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（5）爆炸压力的近似计算
Pex= P(tex 273) Vex
t 273 V
式中：Pex——可燃气体混合物爆炸压力； P——可燃气体混合物初压，绝对大气压； t ex——可燃气体混合物爆炸时的温度 0C； t——可燃气体混合物的初温，0C； V ex——可燃气体混合物爆炸后生成物的容积，m3 V——可燃气体混合物爆炸前的容积，m3
煤气安全风险分析
2016年8月
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一、煤气的风险特性 二、工艺过程风险分析 三、煤气事故的风险分析
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钢铁企业在生产过程中副产的高炉煤气、焦炉煤
气、转炉煤气等都是优质的气体燃料，是宝贵的能源 财富。合理地利用煤气等二次能源，为企业节能降耗， 提高产品的竞争力，有重要的作用。
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（2） CO 响应浓度
煤气中毒程度取决于CO进入人体后血液中产生的HbCO含量。人体内 正常水平的HbCO含量为0.5%左右，安全阈值约为10%。当HbCO>10%时，为 轻度中毒； HbCO>30%时，为中度中毒； HbCO>50%时，为重度中毒；我 国作业场所最高允许浓度为30mg／m3（24PPM）。按CO 响应浓度，控制 作用时间。
爆炸危险度
H=(爆炸上限-爆炸下限)/爆炸下限 H≥10 危险性大 1级 10<H≥4 危险性中 2级 如H焦炉煤气=6.87 H转炉煤气=4.92 H<4 危险性小 3级 如H高炉煤气=1.14
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（ 4）爆炸范围的脱离
焦炉煤气
80 60
40
20
空气
20
则，
Iø(9)=Iø(10)=Iø(1)=Iø(2)>Iø(3)=Iø(4)=Iø(5)=Iø(6)=Iø(
7)=Iø(8)
危险因素中，最重要的因素是报警装置失效、没有
进行检测或监测、未戴防护面具及未正确佩戴防护面 具。
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（5）常见的煤气中毒危险因素
（1）检修设备与运行的煤气设备未可靠切断，煤气窜入；
然而，煤气具有易燃、易爆、易中毒的特点。冶 金企业常常发生煤气事故，造成较大的人身伤亡和经 济损失，严重影响生产进行。
我们必须提升煤气安全管理水平，加强煤气技术 保障，降低煤气安全风险，保护劳动者身心健康，促 进经济建设发展。
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风险是指危险概率及后果的综合量度期望值，具有不 合意或不希望结果的含义，用于描述未来随机事件的危险 可能性或事故可能性，直接与潜在危险变成事故的频率强 度和持续时间的概率有关。
若 爆 炸 在 1/10 秒 内 发 生 , 功 率 增 大 10 倍 ， 即 达 431000kw ， 若 在 10 分 钟 内 发 生 ， 则 功 率 降 为 43100/600=72kw，着就不足以爆炸，爆炸之所以有很 大的摧残力，就在于爆炸反应是瞬间发生的（1/10， 1/100秒内）
• 由以上式子可以看出，该事故树共有36个最小割集，即发生
人员煤气中毒事故共有36个途径。
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结构重要度分析：
由公式：
1
I (i) XiKi (Pj ) 2 X j 1
Iø(3)=Iø(4)=Iø(5)=Iø(6)=Iø(7)=Iø(8)=1/24-1×12=1.5
Iø(9)=Iø(10)=Iø(1)=Iø(2)=1/24-1×18=2.25
（2）检修设备未充分置换，残存煤气； （3）带煤气作业（抽堵盲板、开闭眼睛阀、操作插板等）不戴呼吸器 （4）作业前，对于作业区域的CO浓度未检测；作业中，也未予监测，
(5）在超过卫生标准的煤气区域长时间工作； (6）在可能泄漏的煤气设备附近长时间工作或停留； (7）由于煤气倒窜到停运的蒸汽及水管内，引起汽、水用户中毒事故； (8）管网系统压力波动过大，超过水封安全要求造成水封压穿，煤气泄 露； (9) 排水器或集液池水封高度不够，煤气窜出； (10）放散的煤气飘逸、积聚于人员活动处.
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2、煤气的爆炸风险
煤气浓度进入爆炸范围，就有爆炸的可能。通常认为， 煤气的爆炸下限越低，爆炸的可能性越大。
各类煤气的爆炸范围取决于各组分的爆炸极限与浓度。 （1）煤气的爆炸范围
成分 煤气种类
焦炉煤气 高炉煤气 转炉煤气 铁合金炉煤气
发生炉煤气
CO
6~9 26~29 63~66 60~63 27~31