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中毒及爆炸模型在钢铁企业事故中的应用

文档作者：储莹，孙胜利，郭文晶，张旭凤文档来源：北京矿冶研究总院		点击数：	更新时间： 2021年11月30日
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2012年9期 有色金属(冶炼部分)(http：／／ysy1．bgrimm．cn) · 15 ·
doi：10．3969／j．issn．1007—7545．2012．09．005
中毒及爆炸模型在钢铁企业事故中的应用
储莹，孙胜利，郭文晶，张旭凤
(北京矿冶研究总院北京国信安科技术有限公司，北京100160)
摘要：对钢铁企业煤气安全事故进行研究，通过建立煤气在大气中的扩散模型，分析企业常见的泄漏、
中毒、火灾、爆炸事故，为企业的煤气安全运行提供指导和借鉴，为其安全管理体系的建设提供理论依
据。
关键词：钢铁；煤气；中毒；爆炸；模型
中图分类号：X928 文献标识码：A 文章编号：1007—7545(2012)09—0015—04
Application of Poisoning and Explosion M odel on
Accidents in Iron and Steel Enterprises
CHU Ying，SUN Sheng—li，GUO Wen-j ing，ZHANG Xu—feng
(Beijing Guoxin Anke Technology Co．，Ltd，Beijing General Research Institute of
Mining 8L Metallurgy，Beijing 100160，China)
Abstract：Several cases of coal gas accidents once occurring in Chinese iron and steel enterprises were inves—
tigated． The com mon accidents of gas leakage，poisoning，fire and explosion in domestic enterprises were
explored through the establishment of diffusion models of coal gas in atmosphere．The exploration serves
to provide not only practical guidance and reference for a safety production in iron and steel enterprises but
also a theoretiea1 basis for the construction of safety management system．
Key words：iron and steel；coal gas；poisoning；explosion；mathematical model
钢铁生产是一个从矿石、烧结、焦化、炼铁、炼钢
到精炼以及包括热轧、冷轧在内的复杂的生产系
统l】]，“人机料法环”各要素相互作用，产生了危险因
素，危险因素和非危险因素在自控和被控的过程中
相互转化，在一定的时空条件下导致了事故的发生。
在这个系统中，危险化学品造成的事故隐患容易被
冶金企业所忽视。煤气的事故在钢铁冶金企业有4
种表现形式：泄漏、中毒、着火或爆炸，并能导致事故
的多米诺效应。本文通过建立事故模型结合企业现
状进行分析，找出企业对危险化学品管理的空白之
处，供企业查缺补漏。
收稿日期：2012—02—29
作者简介：储莹(1986一)，女，安徽安庆人，助理工程师，注册安全工程师
1 作业场所煤气事故辨识
近3年36家大中型钢铁企业各工序伤亡事故
总数的分析表明，钢铁企业伤亡事故发生最多的前
3个工序分别是轧钢(16．7％)、炼钢(13．5 )和炼
铁(9．6 )。2005—2008年国内大型钢铁企业发生
的安全生产死亡事故人数共242人口]，其中居前五
位的事故类型分别是中毒窒息53人、机械伤害49
人、起重伤害32人、高处坠落24人、物体打击23
人，可见煤气中毒事故是钢铁企业发生最多的事故。
冶金副产煤气产生于炼焦、炼铁、炼钢等生产过
程中，并用作烧结、炼钢、轧钢、自备电厂等的燃料，
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贯穿于整个冶金流程中，因此钢铁企业的高炉、转
炉、焦炉等主要冶炼场所的危险化学品安全管理重
点要分析的就是煤气。
不管是高炉、焦炉还是转炉反应都会产生大量
的煤气(钢铁企业煤气成分见表1l3])，由于净化后
的煤气无色无味、不易被察觉，又易燃易爆，有毒，高
温高压，量大(某大型钢铁厂年产85．932亿m。)，一
旦煤气泄漏，几分钟内就可令人窒息而亡(CO浓度
与人体反应关系见表2E )。因此确保煤气生产、输
配、使用，尤其是生产检修阶段的安全，已经成为钢
铁行业最为关心的问题。
表1 各种煤气的组成及在空气中的爆炸极限
Table 1 Coal gas components and its explosion limit in air ／％
表2 CO 浓度、作业时间与人的反应关系
Table 2 Relationship between concentration of CO，
operation time and human reaction
2 煤气泄漏中毒和火灾爆炸事故评
价模型
2．1 煤气经小孔泄露模型
根据企业实际，假设在检修过程中煤气管道阀
门打开后未及时插盲板，就会从阀门缝隙处发生泄
漏。因此可以根据煤气经小孔泄露模型 确定泄漏
速度Q。。
Q0一YCaAp T t r+l、)岩 (1)
Y ==
(磐)÷[ 一( )r-1 )( ) r+1]吉
当譬≤( )卉时，为声速流动，litH,~Y一。；
当譬>( 2玎)南时，为亚声速流动。
式中： 。为环境压强，Pa；P为管道中绝对压强，Pa；
)，为泄漏气体绝热指数；Q。为泄漏速度，kg／s；M 为
气体分子质量，kg／mol；R为普适气体常量，8．314
J／(tool·K)；C 为缝隙形状系数，圆形取】．00，=
角形取0．95，长方形取0．90；A 为4,TL面积，m。；T
为气体温度，K。
2．2 泄露气体在大气中扩散的计算模型
假设流场稳定，即空间某一位置泄漏煤气的浓
度恒定，不随时间变化；在有风条件下，风力产生的
平流输送作用远大于水平方向上的分子扩散作用。
ccx,y,z 一 丌 expf一 ( Gy+G之z)] v盯 J ＼ ， J
(2)
式中：C(I，Y， )为点(z，Y，z)的煤气浓度；z为下风
向至泄露源点的距离，m；Y，z分别为侧风方向、垂
直向上方向离泄露源点的距离，m；u为风速，m／s；
口 、 为扩散参数，1TI， 一口z ， 一CX ，扩散参数系
数 、b、C、d与大气稳定度等级见表3，大气稳定度
等级的划分使用帕斯奎尔(Pasquil1)稳定度分类法，
分为A～F六级。
表3 不同大气稳定度等级的扩散参数系数
Table 3 Coefficients of diffusion parameters at
different grade of atmospheric stability
3 事故模型计算实例
根据实际情况，煤气泄漏事故大部分发生于设
备检修过程中，从表1可知，焦炉煤气的爆炸下限最
低，即为最易爆炸的煤气，高炉煤气中毒为最常见的
2012年9期 有色金属(冶炼部分)(http：／／ysy1．bgrimm．cn) · 17 ·
煤气中毒事故，因此本文就建立高炉煤气中毒模型
和焦炉煤气爆炸模型进行分析。
以国内某大型钢铁厂为例，高炉煤气的主要成
分为一氧化碳26 ，氮气56 ，二氧化碳15．7 ，
氢气1．5 9，6，甲烷0．8 9／6，以及微量的氧气，焦炉煤气
的主要成分为氢气59．9 ，甲烷22．5 ，一氧化碳
1O．8 ，氮气4．6 ，二氧化碳2．2％ ，以及微量的氧
气。一旦高炉或焦炉煤气的管道、阀门或其他设备
出现裂缝，煤气泄露形成具有一定浓度的气团，气团
浓度达到爆炸下限，遇到火源就会发生爆炸事故。
3．1 煤气爆炸极限的计算[6
几种纯净气体的爆炸极限分别为H 4．1％ ～
75 、CO 12．5 ～ 73 、CH 5．6 ～ 15．1 、
C H 3．3 ～10．7 。因煤气为混合性气体，因此
根据混合气体的组成可计算出混合气体的分子质
量，结果为M高混一30．026，M焦混==：10．078。最后，
根据以上数据来计算高炉煤气的爆炸下限：
T， T， T，
L高下一1／f + +⋯+广V n 1=38．63
、 1 L 2 “ ，
将体积分数换算成质量分数，可得C高 =
517．81 g／m。。
同理可计算出焦炉煤气的爆炸下限L焦下一
5．13 ，C焦I 一23．08 g／m 。
3．2 泄漏速度的确定
该厂并非位于高原或盆地，式(1)中环境压强
p。取标准大气压101 kPa；管道中绝对压强P为
107 kPa；泄漏气体的y取氢气、甲烷等平均气体绝
热指数1．4；缝隙口为长方形，C 取0．90；缝隙口尺
寸一般取管径的20 ～100 ，管径为0．09 m，A取
0．000 25 m ；T取常温298 K。因此，经计算得到
Y===0．469，Qo===0．015 6 kg／s。
3．3 目标点的煤气浓度与下风向扩散水平距离的
关系
式(2)中风速“取当地平均风速1．6 m／s；大气
稳定条件当地为中性D，则 一0．128x ∞ ， 一
0．2 z 。对式(2)进行编程计算可得泄露气体浓度
与下风向最大扩散水平距离的关系曲线见图1。
3．4 焦炉煤气爆炸模型计算结果
将焦炉煤气C焦 代入式(2)计算，得到爆炸下限
对应的下风向最大扩散距离为z焦 ：==2．7 m，在当地
平均风速下约2 S即会扩散到2．7 m。而焦炉煤气
和混合煤气的着火温度分别为为550～ 650 oC和
65O～750℃ 。即焦炉煤气管道发生泄漏时，在下风
向水平距离2．7 ITI的范围内，遇550℃ 以上高温或
彳、
g
●
图1 焦炉煤气泄露距离和浓度的关系
Fig．1 Relationship between leakage distance
and concentration of coke oven gas
明火，泄露气团就可能发生火灾并爆炸，而从泄漏到
达到爆炸浓度只需2 S。
3．5 高炉煤气中毒模型计算结果
为防中毒，国家规定的作业场所CO浓度为30
mg／m。以下，此时对应的高炉煤气浓度C高 约为
115 mg／m。。计算得到的z高1===65．3 In，即发生泄
漏事故后，下风向65．3 120内的人员可能会发生不
同程度的中毒伤害，需要撤离到65．3 in外的安全
区，疏散撤离时间约为41 S。
当CO浓度为1 000 mg／m。时人在1～2 min
内会中毒死亡，此时对应的高炉煤气浓度C高 约为
3．846 g／m。。相应的 高2—7．95 hi．，即发生泄漏事
故后，人员若未察觉，5 S即会达到足以致死的浓度，
吸入后1～2 min内7．95 1TI范围内的人员很可能中
毒死亡。
4 模型结果结合企业现状的分析
根据该钢铁厂2008—2011年工业生产事故统
计结果，在4年里，各类生产安全事故按死亡人数排
名，中毒和爆炸、物体打击、车辆伤害、高处坠落并列
排名最高，均占死亡总人数的16．7 9／6，而机械伤害、
起重伤害、触电和其他(跌伤、冻伤、砸伤、挤伤等)的
比例均为8．3 。可见防止中毒和爆炸事故能很大
程度上减少该厂事故死亡人数。
根据爆炸事故模型结果分析该厂防火防爆现
状：该厂高炉、转炉、焦炉等可能发生火灾爆炸的场
所，2．7 rn范围内无变电所、办公室和休息室等重点
防火区，但煤气、氧气等气体输送管道及除尘风管静
电跨接不全，有引发静电火花的可能；在防爆分区内
进行动火作业，未见严格执行动火审批制度，同样可
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能出现火花，可能发生火灾爆炸事故。所以需要完
善静电跨接和加强管理，此类场所2．7 m 范围内严
禁明火、高温或火花。
根据中毒事故模型结果分析该厂防泄漏安全现
状：该厂转炉氧枪孔及加料孔未见氮封装置，不能防
止煤气泄漏；在各炉炉前平台及经常有人作业的地
点，设置的固定式一氧化碳监测报警装置过少，也未
定期测定CO浓度，不能及时发现泄漏；进入煤气区
域作业的人员，未严格执行人人携带便携式煤气检
测报警仪器，待确认煤气含量合规后才进入，同样不
能及时发现泄漏。从上述模型计算结果可知，泄漏
后允许疏散时间为5～41s，如此短的反应时间靠人
员自身判断是远远不够的，必须要依靠检测仪器(如
在线浓度监测设备)发布疏散命令，一旦发生煤气泄
漏(特别是检修过程)，仪器立即报警，7．95 m 范围
内人员5 S内疏散，严禁在该范围内又未佩戴防护
用品的情况下救治伤员。
5 结论
1)焦炉煤气管道发生泄漏时，2 S内下风向水平
距离2．7 m的范围就可达到爆炸浓度，遇550℃ 以
上高温或明火，泄露气团就可能发生火灾并爆炸。
2)高炉发生泄漏事故5 S若未疏散，吸入后1～
2 min内7．95 m范围内的人员就可能中毒死亡；下
风向65．3 m距离内的人员均可能发生不同程度的
中毒，需要撤离到之外的安全区，疏散时间约为
41 s。
3)为防止中毒及爆炸事故，企业还应完善煤气
回收、静电跨接、通风换气和监测报警系统。此外，
一些安全技术需要更新，如氮封技术、在线监测仪
表。同时对从事煤气生产、储存、输送、使用、维护检
修的人员进行专门的煤气监测、煤气中毒紧急救护
技术等内容的培训。
参考文献
E13陈家祥．钢铁冶金学[M]．北京：冶金工业出版社，
1990：1-3．
E2]全国大钢安全协作会．全国大钢安全协作会成员单位
安全生产年报(2oo5—2008年度)[R]．全国大钢安全协
作会成员单位安全生产年报，2009．
E33袁乃收．冶金副产煤气生产、输配、使用过程中的危害
控制的探讨EJ3．燃博资讯，2008，104：36—37．
[4]戴明华，许长表，卞士忠．1O例CO 中毒致死者心血中
COHb浓度分析ED]．上海：中国科学院上海冶金研究
所，2000．
E53陈网桦，王新．安全评价师(国家职业资格一级)[M]．
北京：中国劳动社会保障出版社，2008：59-89．
E63师跃胜．煤气着火爆炸事故火源分析及预防[J]．煤气
与动力，1999，19(2)：45-47．

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