煤制天然气工程的主要危险有害因素分析

张龙海

内蒙古 赤峰 025350

摘要：随着我国工业化进程的加快，基础能源的供给已经成为发展国民经济的主要问题。发展适合中国国情的替代能源产业，已成为保障国民经济可持续发展不可回避的重要问题。我国天然气资源不足，市场需求大。近年来，民用燃气快速增长，不仅供需矛盾突出，调峰压力也越来越大。在煤价低的地区生产煤基天然气，并通过管道输送到天然气市场，将有助于缓解天然气供应和调峰压力。“煤制合成气和煤制石油就是在这种背景下出现的。就目前的技术成熟度和产业化可行性而言，煤制合成天然气已经为大规模产业化奠定了基础。

关键词：煤制天然气；主要危险；有害因素；分析；

由于高油价和石油供应的不稳定性催生替代型能源发展，能源问题已成为全世界关注的焦点。我国油气资源短缺，供求矛盾长期存在，为煤化工产业发展提供了广阔的市场。在我国各地大规模建设煤制天然气项目时，由于其建设规模大且合成天然气生产过程及产品均具有易燃易爆危险性，故亟需开展其生产过程的危险有害因素分析、论证其必备的安全设施的研究。

一、碎煤加压气化

1．火灾爆炸。煤气生产过程包括煤气化，本项目气化炉选用采用碎煤加压气化技术和设备，采用碎煤加压气化炉，其生产火灾危险性为丁类。主要危险有害因素分析如下：煤气化过程属于煤的干燥、热解、气化过程，煤气化氧化反应过程的初始阶段需要加热升温，如初始阶段温度控制不当，则易因温度失控造成火灾、爆炸事故；开工过程中如一次点火不成，应将废气彻底排除后再次点火，避免易燃气体积聚过多，点火时引发火灾、爆炸事故。另外，合成气管道设备如果发生泄漏，与空气混合处于爆炸浓度范围内，当遇有明火或电气火花时也可能发生火灾爆炸。在操作过程中，反应热能否迅速移走是关键。如水循环故障、水质不好、水压过低、水量不足、水温过高将使炉内反应温度急速升高、设备损毁，产生无法控制的现象，引发火灾、爆炸事故。煤气化、除尘中及输送煤气管道、设备、阀门、水封等设施很多，如煤气报警装置、煤气含氧量检测装置和机械通风措施及防静电设施不完善，一旦出现煤气泄漏，当煤气与空气混合处于爆炸浓度范围内，遇点火源，将导致火灾、爆炸事故的发生。煤气生产过程中发生煤气爆炸的主要原因在于煤气中含氧量高，或煤气系统内侵入空气形成爆炸性混合系；或者煤气发生泄漏在外部空间形成爆炸性混合系。常见的事故有以下4种类型。（1）开炉时的爆炸，开炉升火时，引火物由蒸气挥发进入煤气发生炉系统，形成爆炸性混合气；制气质量不好，含氧量过高的烟气进入除尘器、洗涤塔等装置内，形成爆炸性混合气。（2）停炉时的爆炸，停炉降温、空气进入煤气系统，形成爆炸性混合气。（3）检修时爆炸，煤气未切断或未进行彻底清洗，动火作业导致爆炸。（4）煤粉由煤锁供给，下部设的双套筒用来喷入气化剂，如各种原因引起工艺双套筒旋转故障造成喷料不均会使炉内燃烧不均，引发局部烧穿（明火）、结渣，严重时设备损坏引起火灾、爆炸事故。

2．其他伤害。（1）烫伤。在表面温度超过60℃的表面，都有造成人员烫伤的可能。该项目反应气化炉的温度很高，约为1 100℃，虽然采取了保温等各种措施，但在一些无法保温处或保温不到处，操作人员不慎接触，或发生异常操作的情况下，可能造成操作人员的烫伤。（3）中毒。在气化后的合成气中，含有大量的一氧化碳，少量的硫化氢等，这些气体都是高度危害的有毒气体，如果发生泄漏，可能会造成操作人员的中毒。（3）高处坠落。气化炉较高，操作或检修人员在进行日常巡检、维护时，由于雨雪等恶劣天气；或操作平台的安全防护设施设计不当或损坏或有缺陷；或违章操作都可能造成高处坠落伤害。

二、防范措施

1防火防爆措施。（1）总图布置在满足防火、防爆及安全标准和规范要求的前提下，尽量采用露天化、集中化和按流程布置，并考虑同类设备相对集中。便于安全生产和检修管理，实现本质安全化。（2）根据《建筑设计防火规范》和装置生产的火灾危险性分类的不同，进行建筑物的防火设计。装置建筑物的耐火等级按不低于二级设计。有火灾爆炸危险性的生产厂房、设备采用露天布置；建构筑物的结构形式采用钢筋混凝土柱或框架结构，选用材料符合防火防爆要求。（3）在工艺设计中，产生燃爆性气体和粉尘的厂房内采取相应的通风除尘措施，以降低爆炸性物质浓度，使其低于燃爆下限。并设置必要的安全联锁报警装置。（4）工艺装置中采用DCS控制系统（Distributed Control System，分散控制系统），并采取必要的安全报警及联锁设施，防止工艺参数超过设计安全值引发的火灾爆炸事故，如重要设备气化炉设置顶部法兰温度高联锁、气化炉夹套液位低联锁、出口煤气温度高联锁、氧气蒸气压力低联锁等；压缩机组设超温、超压、油压过低、轴承温度过高联锁停车系统；锅炉安装有高低水位报警器、低水位联锁保护装置以及蒸汽超压的报警和联锁装置等，确保生产装置的正常运行。（5）低温甲醇洗的泵输送的流体为易燃易爆有毒的介质甲醇，选用机械密封性能可靠的耐低温材料制造的泵，电机采用防爆型，防止泄漏引发火灾爆炸及中毒事故。（6）甲烷化反应器设置温度、压力的检测监控系统，通过控制循环的气体流量控制反应的温度，防止反应温度的急剧升高引发反应器的超压。（7）厂区有爆炸危险的建构筑物等级按第二类防雷设计，其它建构筑物按第三类防雷等级考虑。采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针或其混合组成的接闪器，可利用建筑物的钢筋或金属构件作为引下线，并通过引下线与接地装置相连，防直击雷的冲击,接地电阻不大于10Ω。（9）在输送易燃易爆的物料管线。和装置上做防静电接地，所有正常不带电的金属设备外壳均需可靠接地。

2.防尘防毒防灼伤。（1）所有的有毒有害物均在密闭的设备或管道中运行，正常情况下无有毒有害物的泄漏。加强维护与管理，严禁跑、冒、滴、漏现象的发生。（2）煤气净化、甲烷合成均露天布置，煤气化厂房敞开布置。封闭场所如压缩厂房、泵房设置强制通风装置，降低岗位有毒有害物的浓度。（3）在煤气化、净化、压缩、合成等可能散发有毒有害物的岗位设置有毒气体检测报警装置，防止有害气体浓度超标对操作工造成危害。（4）煤在粉碎过程中产生的煤尘及煤粉在转运、筛分、贮存中散发出的煤尘等都会污染车间的环境。为消除车间内的各种有害气体和粉尘，设计采用自然通风、机械通风和机械除尘等措施。经通风换气，降低了室内有害物的浓度。对产尘点进行机械除尘，使操作区岗位粉尘浓度不超10mg/m3国家卫生标准。（5）加强操作工人防护措施，从事有粉尘作业的工人上岗时应穿戴工作服，配戴防尘口罩。（6）化验工采样分析时，应根据不同的介质配带相应的防护用品。如取硫酸、氢氧化钠等腐蚀性物料时，应佩戴胶皮手套、穿防酸碱工作服。取一氧化碳、甲醇、苯酚等有毒物料时，应佩戴相应的防毒面具，防止逸出有毒蒸气中毒。（7）接触有毒有害物的工作岗位配备空气呼吸器及防毒面具等防护器材，接触甲醇、盐酸、烧碱的岗位设事故冲洗装置，事故状态时保证操作工的安全。

总之，煤化工企业的特点是高温、高压、易燃、易爆、易中毒，如在设计、施工过程中认真落实设计中的安全对策措施，则其项目建成后将符合国家及行业有关技术标准的要求，项目潜在的风险是可以接受的，可以确保安全运行。

参考文献：

［1］刘永德.现代煤化工技术手册.2019.

［2］张新华，关于煤制天然气工程的主要危险有害因素分析.2020.