高爐煉鋼爐頂煤氣爆炸著火的原因分析
前言:
19年10月31號，吉林恒聯精密鑄造科技有限公司1#高爐下降管爆炸著火，一死兩傷。無獨有偶，5月29號江西方大特鋼煉鐵分廠2#高爐在生產過程中上升管發生爆炸，6死4傷。3月30日，河南安鋼集團煉鐵分廠1#高爐在環保限產后復風過程中，上升管爆炸著火。這是年內連續公開報道的三起重大煤氣爆炸著火事故。早期的報道還有06年河北唐山國豐5#高爐塌料爐頂爆炸，6死6傷。如此頻繁的大型煤氣事故，是安全管理的缺失？還是操作的失誤？亦或是工藝缺陷設備的陳舊老化？還是三者兼之？筆者有幸，平生未能親歷此類的大型事故，也不敢妄加評論。但生命至上，身體發膚受之父母，雙親未許，怎可輕拋？失親之痛，天見猶憐。作為煉鐵人，深感我們有責任和義務去深度剖析事故的原因，為杜絕和防范類似事故做些什么，故倉猝成文，以期警醒同行，安全第一！
一 高爐煤氣爆炸著火的條件
煤氣與空氣（氧氣）混合，在一定濃度范圍內，達到著火溫度或遇明火，發生爆炸。此濃度范圍稱為爆炸范圍或爆炸極限。焦爐煤氣的爆炸范圍為4.72%--37.59%；高爐煤氣的爆炸范圍為30.84%-89.49%；轉爐煤氣的爆炸范圍為18.22%-83.22%。氫氣的爆炸范圍為4.0%－75.2%(以上皆為體積濃度)。各種氣體的爆炸極限不同，與其所含可燃氣體的組分及濃度有關。
高爐煤氣要發生爆炸，需具備兩個基本的條件，即一是煤氣濃度在爆炸極限內，二是，溫度達到著火溫度(約650度左右)或遇明火，兩者缺一不可。
二 高爐爐頂煤氣著火或爆炸的因素
高爐煤氣系統，非休風狀態下是一套密閉的煤氣系統，正常生產時產生的是純煤氣，一般不會有空氣或氧氣混入，不可能滿足爆炸極限的條件。正常生產的高爐，頂溫一般在350度以下，雖然不會滿足煤氣著火爆炸的溫度條件，但高爐料面以下溫度都較高，偶爾吹出明火是不可避免的事情，所以造成爐頂煤氣爆炸的原因一定是煤氣中混入了空氣或氧氣。通常能使煤氣中混入空氣或氧氣產生爆炸或著火的情況有以下幾種情況:
1高爐休風狀態下，爐頂人孔打開，使高爐煤氣系統由密閉形式轉變為開放形式，空氣可能通過打開的人孔進入爐內或煤氣管道內，形成爆炸性混合氣體，但因此時處于休風狀態，頂溫不高的情況下也不會爆炸著火，除非遇明火產生爆炸。如操作不當的爐頂點火，未驅趕凈煤氣而在煤氣管網上動火產生爆炸等。
2正常生產的高爐，如煤氣管網有破損或爐頂人孔密封不嚴，有跑漏煤氣現象，因為正常生產的高爐，爐內呈正壓，不會爆炸，但當遇較大崩塌料時，可能會使爐頂瞬間出現負壓現象，從而空氣從煤氣泄漏處進入爐內，如遇高溫或明火產生爆炸。不過，目前國內高爐多已釆用高壓操作，爐頂一般不可能產生較大的煤氣泄露，這是于生產不允許的。所以，這種情況產生煤氣爆炸的可能，只存在于理論分析上，于實際生產中不會發生。
3 爐頂打水。通常情況下，打水如不能迅速汽化，水滴下落遇炙熱的焦炭會發生如下水煤氣反應:
2H2O=2H2+O2
2C+O2=2CO
因為這個反應是在焦炭層表面反應的，水分解生成的氫氣和氧氣被下部鼓風迅速吹離焦炭層表面，所以，爐頂打水的水煤氣反應實質上只進行了第一步的水分解反應生成氫氣和氧氣，第二步反應很難有機會進行。這就使得煤氣中含有了大量氫和氧。落到焦層表面的水越多，煤氣中含有的氫和氧濃度就越高。
另外，氫氣的爆炸下限要遠低于高爐煤氣，而且氫氣與高爐煤氣的混合氣，其爆炸下限應該低于兩者的最低下限，使氫氣與高爐煤氣的混合氣更容易產生爆炸。但起關健作用的還是氧氣，沒有氧氣，再易爆炸的氣體也沒有脾氣。一方面，水遇炙熱的焦炭分解生成了一部分氧氣。另一方面，常溫常態下，水中也溶解著1－10ppm的游離氧，沒有落到焦層表面而直接汽化的水隨著水的汽化而釋放出來，提供了另一個氧源。兩者累積到一定濃度，爆炸只是水到渠成的事。
現代高爐，由于多采用無鐘布流形式，為保護爐頂設備，無一例外的配備了爐頂打水裝置。自動的，手動的，常規的，高霧化的等各種形式都有。不得不說，這些打水裝置有效的保護了爐頂設備，悲哀的是，在充分享受其優越性的同時，也不得不承受其帶來的副效應。正如我們在享受暢飲的淋漓盡致的快感的同時，也不得不承受酒醉后欲吐還休的那種翻江倒海的煎熬。
應該說，濫用爐頂打水是造成送風狀態下爐頂煤氣爆炸的直接原因，也是造成降料面過程中產生爆震的直接原因。無奈的是，現代高爐操作特別是年青一代操作者，已經對爐頂打水產生了過度的依賴，能減風該減風的挺著不減，打打水就挺過去了。正如感冒了，明明多喝點白開水就會痊愈，卻一定要依賴打點滴，可能追求的就是那種針刺肌膚的痛的快感吧。這應該也是當前爐頂煤氣爆炸事故頻發且不斷向大型化高爐發展的原因吧！
4 爐頂設備老化。爐頂煤氣系統設備老化，腐蝕嚴重，遇高爐大型崩塌料或管道行程，頂壓突然升高，或爐頂打水頂壓升高等，腐蝕嚴重的管壁受高壓作用撕開，大量煤氣泄出。這種情況因沒有空氣及氧氣混入，不會爆炸，但突然撕開的煤氣管網使高爐頂壓迅速下降，大量炙熱焦炭被吹出引燃煤氣，發生火災。
5 爐頂煤氣管網結厚結塵。由于高爐煤氣屬含塵氣體，流動過程中，粉塵層降，結到管網上是正常的。如長期結塵，這種粉塵具有很好的吸附性，不僅可吸附水分及煤氣，也吸附因爐頂打水產生的少量氧氣，同時也會沉積一些堿金屬物質。這些吸附物在高爐正常狀態下，不會自燃，爆炸的機率也微呼其微。但它遇到爐內煤氣爆炸，卻可以迅速連爆，催化和加劇爆炸的危害。
6 冷卻設備漏水，冷卻設備漏水，同樣會發生水煤氣反應，不過因為漏水設備上方有充足的炙熱焦炭，反應比較徹底，煤氣中不會有游離態的氧存在。所以對于送風中的高爐不會有煤氣爆炸的危險。但因為其會使煤氣中氫含量增加，使煤氣爆炸極限范圍擴大，休風狀態下，有少量空氣混入遇明火極易爆炸，如爐頂點火爆炸等。
不難看出，能夠引起送風狀態下爐頂煤氣爆炸的根本原因是煤氣中氧濃度升高造成的，而其罪魁禍手就是爐頂打水。
小結:
1煤氣爆炸很危險，但它也不是隨隨便便就能得逞的，需要滿足兩個條件。
2正常生產情況下，高爐煤氣不會爆炸，早期的煉鐵生產，也基本沒有爐頂煤氣爆炸的先例。因為早期高爐很少有爐頂打水，那時的操作人員也膽小，遇事只有減風的份了。正象早期很少聽說有被汽車撞傷的一樣，因為基本沒汽車。
3造成生產中高爐煤氣爆炸的直接原因是濫用爐頂打水，使煤氣中氫氧濃度升高滿足爆炸條件形成的。這也是近年來爐頂煤氣爆炸事故頻發的根本原因。生產中應努力做到能不打水盡量不打，能少打不多打，并努力改進打水設備，實現全霧化打水。
4 筆者了解到，就在剛過去的金九銀十，諸如休風爐頂點火發生爆炸，降料面打水強烈爆震，燜爐下輕料頂溫高打水煤氣氧含量超標等事故仍在頻頻發生。只不過未造成大的影響未見公開報道而己。生產固然重要，安全更大于天，若為安全，一切皆可拋！
5 本人不是專業的煤氣從業人員，也沒有專業的煤氣資質證書。文中關于煤氣性質的論述僅代表個人認識，不構成指導生產操作的理論依據，也歡迎有相關專業資質的老師批評指導。
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