摘要：发生炉煤气是通过水蒸气和空气混合形成气化剂后流经炽热的固定燃烧床生成的，空气中所含的氧和蒸汽与燃料中的碳反应，生成了含有CO、CO2、H2、CH4、C2H4、N2等成分的发生炉煤气。文章对煤气站的生产过程中可能产生的事故进行了模拟，并对事故的后果进行了分析。

关键词：煤气站；安全事故；模拟计算；事故后果；发生炉煤气；固定燃烧床 文献标识码：A

中图分类号：TQ086 文章编号：1009-2374（2015）27-0158-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.081

1 煤气站原理

发生炉煤气是通过水蒸气和空气混合形成气化剂后流经炽热的固定燃烧床生成的，空气中所含的氧和蒸汽与燃料中的碳反应，生成了含有CO、CO2、H2、CH4、C2H4、N2等成分的发生炉煤气。

蒸汽还与CO反应，每体积CO转化为CO2时，同时生成了相同体积的H2。在还原层，其温度低于1200℃时还会出现下面的快速反应：

CO2+C→2CO

H2O+C→H2+CO

2 生产工艺流程

煤气站主要包括三个部分：煤气发生装置、煤气净化装置、煤气输配装置。

利用提升机器将煤加入贮煤仓，通过加煤机将煤注入炉膛。然后煤炭在煤气炉干馏段中进行干燥、干馏。煤炭慢速下移，温度逐渐升高，经8～10小时后到达气化段，在干馏段中，煤炭中的水分都释放出来，焦油及大部分硫化物也都干馏出来，并且产生碳氢化合物，形成上段煤气。进入气化段成半焦状的煤焦，经过气化反应，产生下段煤气。

上段煤气离开煤气炉经过旋风除焦器再进入电除焦油器，除去煤气携带的焦油，然后与下段煤气混合进入静电除尘器。

下段煤气经旋风除尘器除去大部分灰尘进入激冷器，降温至100℃～120℃后与上段煤气混合，再通过静电除尘器除去煤气中的细小尘埃和部分轻油，然后进入间冷器冷却至常温，最后经煤气加压机送至用气点。

3 事故模拟情况

第一，煤气站是与钛白粉生产系统相对独立的煤气生产系统，现假设设备和设施因材料腐蚀老化而发生锈蚀缺损，容易因伸张拉力影响出现破裂泄漏的情况，模拟事故选煤气加压后进入煤气总管的接口为事故发

生点。

第二，根据资料，管道接头泄漏，其裂口尺寸，通常取管道直径的20%～100%。煤气管道设有高低压报警装置、联锁装置，若管道整体破裂，即裂口尺寸取管道直径的100%，管内压力减小，低压报警装置会报警，作用联锁装置，切断鼓风机电源，从而中断煤气的产生，从管道破裂到联锁装置发生作用的时间较短，约

为3秒。

第三，煤气中CO含量占29.4%、H2占10.5%、N2占56.3%、CO2占2.6%、O2占0.2%、烃占1%，泄漏出空间的煤气的各种组分会离析，H2和烃比空气轻，向上飘散；N2、CO2和O2混于空气中；CO有毒，其密度等于空气的0.97，会在空气中混和后作扩散运动。若不考虑环境气体流动的影响，CO均衡扩散，会形成以泄漏口为圆心的半球形状的气团，浓度由内至外呈高斯分布。

4 事故后果模拟分析

4.1 裂口尺寸取管道直径的20%

4.1.1 破裂裂口。裂口尺寸取管道直径的20%；现煤气输出管的管径为Ф800，所以裂口的长度为160mm（0.16m）。

4.1.2 泄漏面积。由于管道因冷缩热胀而发生的水平线性应力牵引发生材料开裂，因而其裂口应较均匀并形成一横向的长条形，假设裂口的平均宽度为2.5mm，则裂口面积等于气体泄漏面积，计算结果为0.4×10-3m2。

4.1.3 泄漏速度。根据“因果模型分析法”中，气体释放量方程：

在泄漏处操作压力≤2×105Pa时，W=CdA[2ρ（P1+P2）]0.5

式中：W为泄漏速度，kg/s；Cd为泄放系数，通常为0.8；A为泄漏口面积，m2；ρ为流体的密度，kg/m3；P1为上流压力（绝压），N/m2；P2为下流压力，N/m3。

计算：A=0.4×10-3m2；ρ=煤气在40℃时的密度，0.545kg/m3；P1=煤气总管内绝对压力为1.079N/m2；P2=空间的标准大气压为1N/m2。

计算结果：W=0.48×10-3kg/s。

4.1.4 泄漏量。假设煤气泄漏持续时间为1小时，则泄漏量为Q，体积为V：

Q=0.48×10-3×3600=1.728kg

V=1.728÷0.545=3.171m3

因为CO在煤气中体积只占29.4%，因此泄漏的CO体积为Vq，Vq=3.171×29.4%=0.932m3。

4.1.5 扩散。

第一，扩散形式。煤气泄漏到空间里，其中H2和CH4气体比空气轻，很容易就分离出来向上升并飘散。CO密度与空气差异很小（0.97∶1）。

第二，有毒气体扩散危害半径。以泄漏口为圆心，扩散危害半径按下式计算：

式中：R为有毒气体危害半径，m；Vq为有毒气体泄漏体积，m3，取0.932m3；c为有毒气体在空气中的危险浓度值，%。

根据《化学物质毒性全书》，空气中CO浓度与人体反应之间关系见表1：

按扩散公式求出危害半径如下：（1）有不适现象时的危害半径：R1=3.14m；（2）引致人员轻度中毒的危害半径：R2=2.64m；（3）引致人员中度中毒的危害半径：R3=1.78m；（4）引致人员重度中毒的危害半径：R4=1.48m；（5）引致人员死亡的危害半径：R5=0.83m。

根据《工作场所有害因素职业接触限值》，以CO短时间接触容许浓度（任何一次接触不得超过15分钟时间加权平均的容许接触水平）在非高原地区为30mg/m3为标准，作为有毒气体在空气中的危险浓度值。则：C国标=0.0024，则危害半径：R国标=3.67m。

4.2 裂口尺寸取管道直径的100%

4.2.1 泄漏量。煤气产生量为14000m3/h，煤气泄漏时间为3秒，则泄漏量为V：

V=14×103×3/3600=11.67m3

因为CO在煤气中体积只占29.4%，因此泄漏的CO体积为Vq，Vq=11.67×29.4%=3.43m3。

4.2.2 扩散形式。煤气泄漏到空间里，其中H2和CH4气体比空气轻，很容易就分离出来向上升并飘散。CO密度与空气差异很小（0.97∶1），将会呈半球形向外扩散。作高斯分布。

4.2.3 有毒气体扩散危害半径。根据扩散公式及表1，求出危害半径如下：（1）有不适现象时的危害半径：R1=5.35m；（2）引致人员轻度中毒的危害半径：R2=4.49m；（3）引致人员中度中毒的危害半径：R3=3.01m；（4）引致人员重度中毒的危害半径：R4=2.53m；（5）引致人员死亡的危害半径：R5=1.42m。

危险半径R国标=6.28m。

从上述泄漏扩散事故模式中可看出，由于煤气输出管内压力很低（15kPa），与裂口外的环境压力的压差很小，因此有毒气体泄漏量较小，事故影响的范围较小。事故后果模拟结果是以裂口尺寸为20%和100%两种情况下得出的，如果裂口面积介于20%～100%之间，联锁系统未起作用，泄漏时间长，事故影响的范围会

扩大。

参考文献

[1] 夏元洵.化学物质毒性全书[M].上海：上海科学技术文献出版社，1991.

[2] 中华人民共和国卫生部.工作场所有害因素职业接触限值[S].北京：人民卫生出版社，2007.

作者简介：罗小玲（1980-），女，广东四会人，供职于广东靖安安全评估咨询有限公司，研究方向：安全评价、安全管理、安全控制。

（责任编辑：蒋建华）