钢铁冶炼废气治理工程安全管理相关研究

2021-10-09侯建勇

河南冶金 2021年3期

侯建勇

（1.新疆大学商学院；2.中冶华天工程技术有限公司）

0 引言

《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(环大气[2019]35 号)的发布，明确指出钢铁企业各生产工序的大气污染物排放标准，同时山东、河北等省份也制定了严格的地方标准。钢铁冶炼废气主要来源于两个方面：一方面是焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢等工序运行时的生产废气；另一方面是从原料场、燃料及焦炭输送、矿物加工等生产工序中逃逸出的含尘废气[1]。

为了使这两种废气能够达标排放，各钢铁生产企业都进行配套的环保设施建设或产业升级。钢铁冶炼废气配套的环保设施主要有除尘装置、脱硫装置、脱硝装置等。在这些环保设施的建设与运行过程中，承包单位应当制定完善的安全管理制度和安全培训手册，对项目管理者进行技术和安全培训，项目的实施和参与者应当认真学习并严格执行，以防止各类安全事故的发生。

1 工程安全风险的管理

工程建设与运行的安全风险管理主要包括风险识别、风险评价和风险决策，再加上决策实施、监督及后评价共同形成项目安全管理的全过程，从而建立完善科学的企业安全文化，形成“树立一个理念、打造一支队伍、构建一套体系、探索一条路径、培育一种文化”的工作模式，促进企业安全风险控制能力水平的明显提升[2]。

1.1 工业安全事故的类型

废气污染治理工程包含多种专业工程，如土石方工程、建筑结构工程、机电安装工程、调试试运行工程、运行维护工程等，在工程建设的每个子项及其建设阶段，都会隐藏着安全风险，成为安全生产事故隐患。根据国家标准《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986)的规定，企业工伤事故分为20 类，近年来在废气治理工程中发生的安全事故类型见表1。

表1 近年废气治理工程出现的安全事故类型分布

1.2 工程安全风险识别与评价

对潜在安全风险进行识别与评价，应当收集工程建设和运行过程中的各项数据，结合生产工艺对危险介质与设备、不安全行为进行识别与分类，建立潜在危险源档案，制定相应的应急预案，并进行演练。

早期的危险因素识别方法主要有工作危害分析法(JHA)、安全检查表分析法(SCL)、风险矩阵分析法(LS)、作业条件危险性分析法(LEC)、风险程度分析法(MES)等。杜妍芳[3]在2019 年的中国金属学会冶金安全与健康年会中，介绍了安阳钢铁的安全识别与评价的各项措施，把公司的危险源划分为五个等级，并根据危险源辨识和风险评价结果，确定各风险点的管控级别，分别用红、橙、黄、蓝四色进行标示。随着科学技术的进步，在风险识别与评价中逐渐引进了新型动态安全管理技术，采用三维安全模拟，提前判断工程项目的风险点和参与者所处区域的风险等级，是否会造成潜在安全事故[4-5]。

2 废气污染治理工程危险源分析

根据处理的污染物不同，配备的环保设施采用多种工艺对其进行脱除，主要的环保工艺技术以及其潜在的危险源和风险点如下所述。

2.1 除尘装置

目前常用的钢铁冶炼废气的除尘装置主要有旋风除尘器、多管除尘器、布袋除尘器、电除尘器、电袋复合除尘器以及滤筒除尘器等。

旋风除尘器与多管除尘器都是利用颗粒物与烟气的密度不同，采用惯性力使颗粒物从气相中分离，分离后废气走上层，颗粒物在设备底部收集。布袋除尘技术主要是利用布袋的过滤作用来去除烟气中较细的粉尘颗粒的。静电除尘器采用电源放电产生电晕的模式吸附粉尘，干式电除尘器主要用于高温废气除尘，湿式电除尘器主要用于在低温环境中去除少量细微颗粒物。电袋复合除尘器有机地结合了静电除尘和袋式除尘两种技术的优点，是利用静电凝并和静电增强过滤袋表面的二次粉尘层、一次粉尘层和滤料纤维层形成的三维微距作用进行除尘的，具有比静电除尘和布袋除尘单独使用时更高的脱除效率[6]。滤筒除尘目前主要是采用滤筒本身的微孔或者滤膜对烟气中的粉尘进行分离的，粉尘附着在外层，气体经滤筒内孔流出，用陶瓷材料制成的滤筒主要使用在高温烟气除尘的环境中。

各种大型除尘器在建设时期均会经历基坑开挖、打桩、浇灌混凝土、钢结构安装、成套设备吊装、零部件组装及管道连接等工作，有些还需要进行防腐保温等配套工作。在施工过程中，需要用到各种工程机械，极易发生机械和吊装伤害；浇灌混凝土前，模板支护不当，还会有坍塌隐患；拆除后的模板如不合理回收，施工人员还有可能会被板上的铁钉扎伤；有些安装对接作业需要在高空进行，因此会有高空坠落风险；安装时所用的各种电焊机、切割机、打磨机、配电箱等带电设施，也容易发生触电风险；在有易燃品存在的环境中动火作业，应当采取一系列措施，避免火灾的发生[7]。

除尘器在日常运行时应当注意：转动和移动的设备容易发生机械伤害；用电设备老化后容易漏电，造成触电风险；在需要进入设备内部进行检修时，属于受限空间作业，应当预防窒息和CO中毒风险；如果去除的粉尘具有可爆炸属性，应当预防爆炸风险[8]；若系统内有压力容器和压力管道时，还应预防容器爆炸风险[9]。

另外，除尘器一般采用负压运行，在设计时应当对除尘器壳体与风管受力进行充分核算；在施工中应保证材料合格，并且焊接强度满足要求；在建成后保证受力安全，不得出现因负压过大致使壳体与风管开裂而形成的潜在安全风险[10]。

2.2 脱硫装置

钢铁冶炼废气脱硫装置常用的技术有石灰石膏法、氨法、循环流化床(CFB)半干法、旋转喷雾(SDA)半干法等。

石灰石膏法和氨法脱硫属于湿法脱硫，均采用碱性溶液作为吸收剂，经喷淋层喷洒后在吸收塔中与烟气逆流接触，吸收烟气中的SO2。CFB 半干法和SDA 半干法采用熟化后的Ca(OH)2粉料为吸收剂，不同点在于SDA 半干法需要将熟石灰粉搅拌成溶液，经转子喷雾与烟气逆流接触，吸收烟气中的SO2，而CFB 半干法是将熟石灰粉直接经文氏管加速喷入吸收塔，与高压流体喷枪结合形成沸腾床层，与工艺水一起同向吸收烟气中的SO2。

各种脱硫装置都有SO2吸收塔和配套的各种物料输送设备，吸收塔施工安装时需要进行高空作业，最高时可达40 m，有高空坠落、高空落物打击的风险。湿法脱硫的塔内还需要进行防腐作业，在防腐施工时，该区域不得有任何动火作业，因为防腐所用的树脂具有易挥发性、可燃性，并且气体中含有毒有害成分，如丙酮、苯乙烯等，属于重大风险防控工序。经统计，在2017～2018年的两年内，就发生了13 起脱硫塔火灾事故，火灾是湿法脱硫塔防腐施工过程中的重大危险因素[11]。除脱硫工程施工中已发生的机械伤害、吊装伤害和物体打击以外，介质毒性也是一个不可忽视的安全因素，如SO2中毒、氨气中毒、酸碱腐蚀等。

在脱硫装置所配备的动力设备中，高压设备主要有变压器、高压柜、循环泵高压电机、主抽或增压风机的配套电机等，电压等级通常采用10 kV或6 kV，低压设备通常采用380/220 V 电压，均有潜在的触电风险[12]。在采用加热炉对GGH 换热器进行升温时，还需引入煤气作为燃料，也存在CO中毒和火灾爆炸风险。在封闭的塔器、储槽内进行作业时，需要进行有限空间作业预案，并且做好逃生演练[13]。

2.3 脱硝装置

目前，常用的脱硝技术主要有选择性非催化还原(SNCR)法、选择性催化还原(SCR)法、臭氧氧化法等。

SCR 和SNCR 脱硝技术均采用氨水作为还原剂，把冶炼废气中的NOx还原成N2和H2O。SNCR是氨水直接与高温烟气接触，SCR 还需要把氨水蒸发成氨气，通入烟气中，在催化剂的作用下进行还原反应。臭氧氧化脱硝是利用O3的强氧化性，将废气中占绝大部分且不易被吸收的NO 氧化成NO2，再进一步氧化成N2O5，从而在后期脱硫设施中与碱性溶液反应生成硝酸钙、亚硝酸钙等无机盐，从而达到脱硝的目的。

在脱硝装置建设和运行中，除了上述在除尘和脱硫装置中出现的物体打击、机械伤害、起重伤害、高空坠落、压力容器爆炸和触电风险以外，还有其他与工艺路线有关的特殊安全风险点。SNCR 反应温度为850～1 100 ℃，SCR 运行温度为250～350 ℃，操作和检修时应当注意烫伤、烧伤风险。在SCR 脱硝系统中还配备有加热炉，需要引入煤气作为热源，应当预防CO 中毒和燃气爆炸风险。布置在SCR 和SNCR 系统中的氨水储罐，外表温度不得高于55 ℃，SCR 使用的氨气浓度不得超过5%，否则均会存在氨气爆炸风险[15]。

在臭氧氧化脱硝装置中，臭氧发生器运行时的输出电压为高压或高频，氧气罐和汽化器也均为压力容器，设备之间的连接管道均为压力管道，存在特种设备爆炸、触电、电气火灾等风险。况且，O3具有强氧化性，一旦泄露，不仅会对人体呼吸道造成严重伤害，而且给周围环境带来破坏[16]。

3 安全风险的预防与措施

3.1 完善的安全管理制度和高效的安全管理组织

生产建设单位应根据法律规定健全和完善本单位的安全生产责任制度，并组织制定安全生产规章制度和操作规程。企业应当依据原有安全管理制度，结合废气治理工程的生产特点，制定本工程的安全规章制度和操作规程。在上岗前对参与人员进行培训，经考核合格后才能上岗。

成立专门的安全生产管理部门或专职安全员，专职安全员应当具有建设部门颁发的相关证书。安全管理人员应根据制度和规程对本工程的建设与运行的风险点进行评估，列出易发生潜在安全事故的工序和设备，进行建档立卡，熟知针对各种安全事故应当采取的相应措施；对有潜在重大风险的大型塔器吊装工序制定专项安全方案，列出可能出现的风险源和危险性，在方案中还必须有应急预案，并对实施全过程进行监督，一旦发生安全事故，应当立即启动应急预案，采取合理的处理措施，坚持“以人为本”的原则进行救援。

3.2 制定针对性的安全管理措施

针对废气污染治理工程中容易发生的主要安全事故风险，需要制定出针对性的预防措施，具体包括以下几类。

（1）基本劳动防护用品。进入工程现场的施工人员和操作人员，需要带好安全帽并扎好系带，穿不产生静电的劳动服，防穿刺、防挤压且不导电的劳保鞋，带好防护手套。若肢体需要接触有腐蚀性介质时，应当带好防护手套、护目镜，穿好防酸碱腐蚀的防护服和防护鞋。如果在含有氨气和SO2等气体的环境中作业，还需要佩戴防毒面具和报警器。在进行登高作业时，必须佩戴安全绳，并确保安全绳合格、牢固。

（2）加强动火作业管理。在工程建设和日常运营中，需要进行动火作业的，要严格执行动火作业审批制度，提前切断一切可能引起火灾的隐患，设置动火区域，并且应有专职安全员进行监督。在易燃易爆区域和脱硫塔防腐作业时，禁止任何动火作业。如需在煤气区域动火时，应当提前办理《动火作业证》，并做好专项预案[17]，关闭煤气供应，并使设备及管道内残留的煤气得到充分置换，做好一系列安全措施后才能进行。

（3）加强工程现场防护设施。在脚手架上部或者其他高空作业时间较长时，除了挂好安全绳外，还需要敷设防护网，搭设防护栏，配备灭火器，设置应急逃生通道。每次作业前应当检查施工机械和运行设备运转是否正常，如果出现异常情况，应当立即报告并停机检查，确认合格后才能进行下一步作业。在进行吊装作业时，应当设置警戒带和标语，并应有专业人员维护现场安全。项目部及运行班组应当配备应急医疗救护药品，值班人员还应掌握基本的医疗救护知识。

（4）采用合格的材料与设备。在施工和检修过程中，往往事故的发生都是多种原因造成的，但也有一些是因为不合格的产品质量造成的。比如吊装时钢丝绳突然断裂，吊车梁变形弯曲甚至断裂，塔吊因安装不合格造成的倾覆，用电设施接地损坏，漏电保护失灵，行车轨道小车轮断裂或脱落等。在外购设备和材料到货时，应当安排专业人员进行到货检查，除了外观检查以外，还要检查《合格证》与《使用说明书》等各种材料是否齐全，并做好检验记录。

3.3 引入先进的互联网监控技术和管控平台

随着科学技术的进步，各种信息软件与云技术的结合，使现代工程技术进入了一个崭新的时期，新技术的引入可以有效减少工程建设和运维中的失误，降低建设资金的投入和时间成本。目前的新兴技术主要有建筑信息模型(BIM)技术、物联网技术、大数据与云技术等。

建筑信息模型(BIM)技术目前已逐步被引入建筑行业，钢铁冶金新建项目也逐渐要求采用BIM技术进行设计与管理。目前，市场上已有BIM360、BIMx、Onuma System、广联云、鲁班云等产品，实现云计算技术与BIM 技术的集成应用，张云翼等[18]在BIM 与云、大数据、物联网等技术的集成应用研究时得出：物联网、云计算与大数据等新兴信息技术可为BIM 数据的积累、管理与应用提供更加快捷、高效的手段，维护BIM 在建设项目信息化过程中的核心地位，从而充分体现其行业信息化的价值。BIM 技术同样也可以在施工管理过程中发挥作用，郭红玲等[19]在BIM 辅助施工管理的模式及流程研究中，采用4D 模型对施工过程、施工安全、施工进度等进行可视化、集成化模拟，使工程管理者及时发现施工过程偏差并纠偏。

借助物联网在工程施工安全管理中的应用也已展开，沈祖安等[20]通过对物联网安全智能系统在石化工程建设项目管理的考察中发现：智能系统可通过标识与感知、通信与传输、计算与服务、应用与管理等四大模块，来实现对人员身份管理、电子作业票管理、入场许可管理、数字动态模拟、现场定位跟踪、危险区域控制、统计考评管理等七大功能。安全智能系统的实施结构与数据统计如图1 所示，吊装作业现场人员三维模拟定位如图2 所示，使用时可通过监控设备实时记录工程现场人员所在区域及风险等级，提升工程建设中的安全管理效率。