浅谈煤改燃锅炉房工程中的安全设施设计
2019-01-18
（天津渤化工程有限公司，天津300193）
现阶段，国家大力提倡节能减排的趋势下，各城市锅炉房也进行了如火如荼的煤改燃工程，相关的锅炉房工艺系统及配套的安全设施设计也成为重中之重。本文就煤改燃工程中的安全设施设计的相关问题作简要的分析。
1 气象条件
北方锅炉房及供热站的改造工程基本的气象条件如下：冬季室外计算温度-10℃；设计计算用采暖期天数122d；最冷月平均温度-5.0℃；最热月平均温度25℃；极端最低温度-22.9℃；极端最高温度39.7℃；冬季日照率62%；最大冻土深度69cm；日平均温度≤+5℃的天数122d。
2 锅炉房系统设计
2.1 锅炉房各系统
2.1.1 水循环系统
外管引入循环水通过除污器，进入循环水泵升压入锅炉，出炉水送至外网，设有旁路，混水旁路，以提高出水量。进出管设连通管作开炉内部循环使用。工艺流程为：燃气热水锅炉→一次网供水管→一次网回水管→除污器→热水循环泵→热水锅炉。
2.1.2 补水定压系统
定压补水系统采用变频定压方式。
2.1.3 送风系统
每台锅炉各配一台鼓风机，在单独的风机房布置，通过墙上消声器入口吸入新风(约5℃)进入风机室上部，和室内空气混合后，通过鼓风机送风至锅炉燃烧机，同燃气混合后进入锅炉炉膛燃烧。
2.1.4 烟气系统
燃烧生产的高温烟气在炉膛以辐射传热方式传热给炉水，经回燃室进入对流管束，加热热网回水，再进入节能器加热进入的给水，出炉烟气经烟道排入独立烟囱。
2.2 燃气系统
燃料选用城市天然气，室外埋地管道在车行道下覆土不应＜0.9m，在非车行道下覆土不应＜0.6m，并且以i≥0.001的坡度坡向干管或凝水缸。架空管道管卡、支架固定于实体墙、柱上。室内燃气管道、燃气设备与接线盒、开关、插座的水平净距遵照GB50028-2006中10.2.36的规定执行。
埋地管道外防腐采用加强级聚乙烯（PE）三层复合结构防腐涂层，补口采用热缩套，引入管及管件防腐采用加强级环氧煤沥青冷缠带。
燃气管道施工结束后进行强度、气密性压力试验。强度和气密性压力试验均按设计压力1.5倍试验。
2.3 锅炉控制系统
热水锅炉控制系统采用DCS集散控制系统。该系统设在锅炉房控制室内，具有以下保护控制功能和联锁功能：电机短路、过载和缺相保护功能;炉膛自动吹扫功能;炉膛火焰自动检测、诊断功能;水压超高联锁保护功能;水压超低联锁保护功能;出水温度超高联锁保护功能;燃烧器限位联锁保护;风压联锁保护;燃烧熄火联锁保护；燃气压力过高联锁保护;燃气压力过低联锁保护;燃气泄漏联锁保护;点火失败联锁保护;循环水泵联锁保护;锅炉待机联锁保护。
2.4 火灾报警系统和可燃气体报警系统
火灾报警控制系统对锅炉房火灾信号和消防设备进行监视及控制。火灾自动报警系统的保护等级按二级设置。
在锅炉间内设置防爆可燃气体探测器，在控制室内设可燃气体报警控制器。根据可燃气体浓度情况，可燃气体报警控制器发出声光报警信号及启动事故排风机，当泄漏浓度达到爆炸极限下限，还应立即关闭天然气源进气总管的总进气电磁阀。
3 锅炉设备及其系统危险有害因素分析
3.1 爆炸危险
锅炉会在使用中和试压时产生爆炸危险，其原因主要有。
3.1.1 司炉炉工责任心不强，误操作、脱岗、睡觉等。水位计或自动给水装置失灵、低水位报警和联锁装置故障、排污阀关闭不严，漏水严重造成锅炉缺水事故。当锅炉在运行中严重缺水以后导致管壁干烧，严重过热处理不当，轻则造成锅炉泄漏，重则发生锅筒爆炸。
3.1.2 锅炉的软水系统发生故障造成水质不符合要求，因而使管壁后结垢燃烧热量不能及时传递到水侧，使受热面温度升高，锅炉长期在超温状态下运行，金属材料将发生蠕变、鼓疱、强度下降导致爆管。另外锅炉结垢会引起锅炉垢下腐蚀，锅炉腐蚀将缩短锅炉使用寿命危及安全运行，锅炉结垢有可能造成炉管穿孔，严重时也可导致锅炉爆炸。
3.1.3 安全阀出现故障动作不灵敏，锅炉超压运行导致超压爆炸。
3.1.4 天然气泄漏引发的火灾爆炸事故常见情况还有以下原因。
1）点火爆炸：在点火时，如启动操作不当，出现熄火而又未及时切断气源、炉膛或烟道内可燃气体吹扫不彻底、打开阀门时喷嘴点火失败，或其他可能使炉膛中存积大量高浓度可燃气体并处于爆炸极限范围内的情况，则再次点火时引燃这些可燃气体，引起爆炸。因此正常运行中必须执行程序点火，一次点火不成功再次点火前要加强通风吹扫，如果再次点火失败，一定要查找问题，仔细分析原因，切忌反复盲目点火，酿成事故。
2）天然气在燃烧器出口流速高于燃烧速度时会使着火点远离燃烧器，发生脱火现象；相反流速低于燃烧速度火焰就会缩回燃烧器内，发生回火现象，使锅炉运行中火焰不稳定而熄灭。由于炉膛呈炽热状态，达到或超过可燃气体与空气混合物的着火温度，若不及时切断燃气供应就有可能发生脱火、回火、熄火导致炉膛爆炸。
3）设备不完善：因为阀门漏气，设备不完善，没有点火、熄火保护装置和火焰检测装置，可燃气体充满炉内点火时发生爆炸。
4）输气管道泄漏：由于燃气锅炉输气管道可燃气体消耗量大，如不注意管道的维护和检修，在输气过程中容易发生可燃气体泄漏，泄漏的气体达到一定浓度，遇有火源时会造成爆炸事故。
3.1.5 燃气泄漏：燃气热水锅炉在检修、维护过程中，天然气管道吹扫不彻底，或燃气阀门不严密而发生泄漏，而可燃气体检测报警装置未能及时检测到泄漏的天然气，当泄漏的天然气充满室内且达到爆炸极限范围时，遇有点火源或高温有发生火灾爆炸危险。
3.1.6 违章操作：燃气爆炸是燃气锅炉非常严重的运行事故，在锅炉运行中由于违反安全操作规程造成事故的约占全部爆炸事故的60%。
3.2 其它有害因素
3.2.1 灼烫：供热锅炉的管道、阀门不严发生泄漏，或管道破裂热水会气化生成大量水蒸气，迅速向四周扩散造成对操作人员或周围其它人员的烫伤。热水管道保温层脱落未及时发现，操作人员身体触及，可产生烫伤危害。烫伤还可引发人在应激反应中次生的二次事故。
3.2.2 物体打击：锅炉房内各类承压设备在超压状态时可能发生管线迸裂，密封材料或管线、阀门等本体材料碎片击伤人员；检修人员在高处维修时可能发生工件、工具的坠落。这些情况都有可能造成对人员的物体打击伤害。
3.2.3 机械伤害：水泵、风机等运转中的设备外露部件，若未设置安全防护装置或防护装置有缺陷，人员因意外、违章行为、检修等情况下，接触转动部件时易发生挂、绞等机械伤害。
3.2.4 触电危险：电气设备、动力、照明配电线路、控制及诸多电动装置，在保护设施失灵、绝缘破坏、接地不良等情况下，人触及漏电部位则可能发生触电伤亡事故。
3.2.5 雷击危险：锅炉房、烟囱，若防雷装置缺损或防雷保护面积不足，遇雷雨天气，可能发生雷击事故。
3.2.6 高处坠落危险：锅炉炉体高大，且锅炉房内外有多处超过2m的检修、巡视作业点、平台、梯台，这些部位的防护设施缺失或安装不合理、安全警示标志不醒目，操作人员在检修、巡视时遇有心理、精神、生理等因素干扰不慎坠落有可能造成高处坠落事故发生，严重时会导致伤亡事故。
3.2.7 噪声：水泵、风机等设备运转时产生噪声，作业人员长期在高噪声环境中工作易引起注意力下降，职业性耳聋，危害身心健康。
3.2.8 中毒、窒息：锅炉微正压运行，炉墙、孔门不严，烟气会夹带一氧化碳逸出，在锅炉房通风不良的情况下，操作人员吸入一氧化碳可造成中毒。锅炉检修时人员在锅筒或炉膛内时间过长，在通风不良时，可造成缺氧窒息。
3.2.9 电气火灾：电气设备及线路长期过负荷、短路或绝缘受到机械损伤及外界影响等原因造成过热，可引起电气火灾。静电也会导致火灾、爆炸。锅炉房的燃气输送管道、法兰是产生静电的部位。
3.2.10 管理问题：在正常生产期间，操作人员未经培训上岗操作，在工艺操作中违反操作规程，不停电检修，安全措施不利，安全监督管理不到位，可能引发各种生产事故发生。人的不安全行为是在人—机—环境系统中，人为地使系统发生故障或发生机能不良的事件，它有可能发生在设计、生产、操作、维修等系统的各个环节。
4 重大危险源辨识
4.1 危险化学品及危险源辨识
依据《危险化学品重大危险源辨识》GB18218-2009规定，锅炉使用的燃料天然气属危险化学品范畴，但一般锅炉房为管道输送，无储存装置。因此危险化学品天然气不构成重大危险源。
4.2 重大危险源类别的辨识
锅炉房使用的天然气采用管道输送，根据安监协调字【2004】56号“关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见”对重大危险源申报范围的类别规定：锅炉使用的燃料为长输管道输送的天然气，是易燃易爆气体（申报范围是压力＞1.6MPa），一般煤改燃工程中天燃气管道其设计压力＜1.6MPa，因此不属于压力管道重大危险源。热水锅炉申报范围规定是：额定出水温度≥120℃，且额定功率≥14MW。
4.3 热工仪表自动控制
根据热工工艺要求，煤改燃工程中设置如下检控点：补水总管压力;一次网供水回水总管压力及温度;锅炉控制（锅炉进、出口水的温度、压力给定值）；燃气总管压力、快速切断阀状态及控制;软化水箱、软化水系统设电磁阀，与电接点液位计联锁控制水箱水位；补水系统的自控及联锁控制；锅炉进气量控制；循环泵变频调速控制。
运行数据可保存1a，可按班、日、月、季、年等方式打印统一报表，实现数据自动管理。
5 总结建议
采购质量合格的设备和设施。选择有质量保证的生产厂家的产品，以确保原辅材料能达到生产的要求；在后续施工中要选用有资质的单位施工安装；项目投入试生产后须做好日常安全管理、安全检查，严格执行安全规程，杜绝违章作业、违章指挥等不良作风；加强设备安全设施的检验检测工作，保证应急救援设施、设备的完好及安全有效。以上为实践工作中的一点分析建议，由于水平有限，难免有不当之处，一切应以现行规范和标准为准。
