高炉重力除尘器爆崩特大事故的分析与整改措施

李 刚 高 原

(首钢总公司设备部 北京100041)

炼铁厂高炉于2011年3月份投产，容积2500m3，平均日出铁6000t。该高炉采用目前国内较为先进的精料、高风温、高压、高富氧、高喷煤等冶炼工艺，装备技术达到国内同级别设备先进水平。2013年4月27日夜，由于高压电缆接头短路引发了高炉重力除尘器爆崩事故，被迫停炉抢修30天，直接经济损失高达1200多万元。

1 事故前高炉及其相关设备运行情况

1.1 高炉本体及鼓风机系统工作正常

高炉炉顶顶压0.233MPa，入炉风温1100℃，料速9批/h，负荷5.4。鼓风机为AV90-16电动全静叶可调轴流压缩机组，事故前风量5016m3/min，风压0.43MPa，静叶角度57.36°，防喘振阀全关运行。

1.2 布袋除尘系统工作正常

高炉布袋除尘系统中2#、3#、4#、5#、6#、7#、9#、11#、12#共9个箱体在运行状态，1#、8#、10#箱体检修停运更换布袋，荒煤气温度202℃。

1.3 TRT系统工作正常

机组静叶开度37%，转子转速3000rpm，发电功率17271kW。

1.4 电网供电系统工作正常

供电系统中，铁前变电所、高炉变电所、水处理变电所、中控楼低压配电室、高炉TRT低压配电室母线均正常运行，电流、电压参数稳定。

1.5 中控楼供电系统，UPS退出运行

中控楼UPS于2013年3月份因发生故障被迫停运，UPS所带负荷转由中控楼低压配电室0.38kVⅡ段母线供电。

2 事故经过

2013年4月27日19时39分，铁前变电所显示35kVⅡ段母线C相单相接地报警、高炉变电所显示35kVⅡ段母线PT接地故障报警。19时40分，高炉变电所2#主变压器(容量16000kVA)差动速断保护动作，高压后备复合电压过流保护Ⅰ段保护动作，2#主变压器一、二次开关跳闸，10kVⅡ段母线停电。

受此影响，10kV水处理变电所二受电电源停电;水渣变电所2#变压器(容量1600kVA)受电电源停电;布袋除尘低压配电室二受电电源停电，0.38kV母线停电;中控楼2#变压器(容量2000kVA)受电电源停电，中控楼配电室0.38kVⅡ段母线停电。由于作为后备电源的中控楼UPS因故障停运后一直没有恢复，导致中控楼配电室0.38kVⅡ段母线所带的高炉炉顶设备控制、热风炉控制、服务器、PLC、仪表等设备设施全部停电。

停电造成高炉炉顶的三台DN650高炉炉顶煤气放散阀无法按预设程序打开进行安全放散。而此时高炉鼓风机仍在向高炉送风，炉顶压力迅速升高，至19时42分，炉顶压力达到仪表量程能够记录的最大压力值0.309MPa，严重超过炉顶设计的最大工作压力0.25MPa。

由于高炉中控楼和风机站联系不畅，至19时44分高炉发生重力除尘器崩裂气爆事故，除尘器4、5、6三段被崩落，钢板撕裂变形，除尘器上锥体带动高炉下降管整体倾斜。由于崩裂的瞬间，炉顶下降管内高温炉料伴随着高压煤气快速冲向重力除尘器残余段，造成空气与煤气混合，发生爆燃起火。

3 事故处置

3.1 TRT机组及调压阀组退出处置

受35kVⅡ段母线接地故障影响，高炉TRT联络开关过流Ⅰ段保护动作跳闸，TRT端口开关过流Ⅰ段保护动作跳闸，TRT快切阀关闭，静叶关闭，TRT机组迅速退出运行。

根据事故发生时调压阀组运行曲线，结合另外一起TRT机组重故障调压阀运行历史曲线，同时现场模拟TRT重故障时调压阀组运行曲线进行分析，调压阀动作正常。

3.2 高炉休风处置

受到中控楼配电室0.38kVⅡ段母线停电影响，高炉中控楼、炉前系统突然停电。高炉工长组织高炉在紧急状态下休风操作:

一是软水岗位，启动柴油泵保障正常供水;

二是立即组织手动操作，利用蓄能器内的余压将出铁口堵上，停止喷煤和富氧操作;

三是疏导所有人员从出铁平台煤气浓度高的区域撤离;

四是下达紧急休风指令，组织关闭混风调节阀和混风切断阀，同时关闭冷风阀、热风阀、水封U型管等，完成四高炉在事故状态下的休风操作。

3.3 高炉鼓风机停机处置

随着风压逐渐上升，开防喘振阀降压，同时减静叶角度。风机静叶减到最低，防喘振阀开完后正常停机。

4 事故原因分析

4.1 高压电缆接头对地短路分析

事故发生后，经过检查发现，高炉35kV变电所2#主变一次开关柜内馈电电缆(3×150mm2)C相接头根部靠开关侧绝缘击穿，开关柜内存在明显的弧光闪络痕迹，造成柜内过电压保护器被弧光烧坏，电缆B相绝缘烧损，B相接地刀静触头部分被弧光烧熔。

此电缆接头在工程验收合格后，于2010年9月投入运行。按照南方电网企业标准［1］规定，电力设备预试周期为3年，此电缆接头实际运行2年零7个月。由于电缆制作绝缘层存在缺陷，导致电缆在正常运行周期内缺陷处绝缘性能下降，当电缆局部不能承受35kV高压时，缺陷处对地短路拉弧烧穿。

4.2 高炉煤气系统超压分析

高炉TRT机组退出运行后，顶压转由调压阀组控制。由于高炉中控楼停电，送至调压阀组的顶压信号为零，导致调压阀组减压阀关闭。在高炉压力持续升高并超过最高工作压力时，炉顶放散阀、重力除尘器放散阀和布袋除尘器安全放散阀均未打开，从而导致从高炉本体、下降管、重力除尘器、布袋除尘器，直至调压阀组煤气系统形成相对密闭的状态，此时高炉鼓风机未减风降压运行，造成高炉煤气系统超压。

4.3 炉顶DN650煤气放散阀失去放散作用分析

高炉中控楼设计安装的一套HP-338080kVA，3进3出在线式UPS，于2013年3月故障退出运行，没有恢复运行。中控楼电网供电系统，从高压到低压供电系统，都是单母线分段运行，没有备用自投装置，在供电电网出现异常断电的情况下，靠人工切换备用电源，需要时间较长。在高炉中控楼停电后，煤气放散阀油缸电磁阀断电，液压驱动失电情况下炉顶放散阀无法及时打开。

4.4 重力除尘器DN500电动卷扬煤气放散阀无动作分析

高炉重力除尘器上配置的DN500电动卷扬(带配重)煤气放散阀，设计压力0.25MPa。经查高炉交工资料记录，未发现该阀的标定记录，从系统煤气压力升高到超压过程判断，该阀没有打开放散，失去辅助放散作用。

4.5 煤气布袋除尘DN150弹簧式安全阀失效分析

高炉煤气布袋除尘系统共有12个箱体，每个箱体都设有DN150弹簧式安全阀，设定动作压力0.245MPa，检定有效期至2011年11月11日。根据“安全阀定期校验，一般每年至少一次，安全技术规范有相应规定的从其规定”的规定［2］。由于安全阀没有在有效期内进行年检，锈蚀严重。在煤气系统超压情况下，安全阀未能放散泄压，失去辅助安全放散作用。

4.6 对重力除尘器和荒煤气管道开裂处焊接质量检测

通过重点对事故现场爆裂的重力除尘器和荒煤气管道残留体焊接质量进行了超声波探伤，发现重力除尘器筒体与上锥体连接处环形焊缝崩裂断开，开裂处发现存在未焊透质量问题;重力除尘器上锥体焊缝开裂，观察亦可见明显的未焊透现象，同时存在筒体母材撕裂现象;对已经断裂的荒煤气管道焊口检查，发现有明显的未焊透质量问题。

4.7 高炉验收管理问题分析

炼铁机械设备工程安装验收规范［3］明确规定，“高炉系统整体泄漏性试验压力应符合设计文件的规定”。但检查工程归档资料，未发现高炉系统整体泄漏性试验报告资料;按照“规范”中关于“应有相应的焊接工艺评定报告，并根据焊接工艺评定报告编制焊接作业指导书”的规定，同样未发现重力除尘器壳体焊接工艺评定和焊接作业指导书。说明高炉验收管理部门没有按照规范要求，对照检查和核实。

5 整改措施

5.1 加强供电系统管理，确保高炉重要设备供电可靠性

1)对高炉电气设备运行状态进行普查，特别要发挥热成像检测设备在电气设备隐患检查中的重要作用，对检查出的电气设备缺陷进行逐次处理。

2)对高炉中控楼UPS电源系统进行双套系统改造，实现UPS互为备用且能够自动切换。

5.2 完善高炉煤气系统安全保障措施

1)利用检修机会，对高炉煤气煤气放散阀、重力除尘器放散阀进行标定，满足高炉正产生产的需要。

2)对高炉承压类设备进行全面检查，确保承压类设备安全装置的灵敏可靠。

5.3 对高炉工程施工质量进行全面复查

1)组织设计、生产、设备、技术、质量等部门对高炉工程进行系统性全面复查，制定整改计划，落实整改。

2)对本次事故已查出的设备设施、焊接等施工质量问题，制定整改措施，限期整改。

5.4 对本次事故中反映出的管理问题全面整改

1)对各高炉系统的技术操作规程、安全规程、设备使用维护规程及其他相关管理制度全面进行检查和完善。

2)加强关联工艺岗位间联系制度，确保联络及时有效。

3)完善各级专项应急预案，并加强演练，提高紧急状态下应变能力。

6 结束语

通过对本次高炉爆崩特大事故进行全面系统分析，从工程设计、施工质量、验收管理、生产技术、设备管理等几个方面找到了导致事故发生的原因，针对事故原因制定了可执行的整改措施，能够有效保证事故高炉的快速恢复和后续安全运行。更重要的是，这起典型事故的分析和措施对今后对加强高炉系统设备设计安装和供电系统安全性检查，强化高炉工程和生产技术管理，将起到借鉴和促进作用。

［1］中国南方电网有限公司.电力设备预防性试验规程(Q/CSG114002-2011)［S］.广州:中国南方电网有限公司，2011.

［2］国家质量监督检验检疫总局.安全阀安全技术监察规程(TSG ZF001-2006)［S］.北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2006.

［3］中华人民共和国建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.炼铁机械设备工程安装验收规范(GB50372-2006)［S］.北京:中国计划出版社，2006.