展之发，沈星，陈美龄

（中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，湖北武汉 430081）

前言

回顾近年国内钢企典型煤气水封事故，如2010年河北普阳钢铁“1·4”U 型水封击穿重大煤气中毒事故，2018 年贵州首钢水城钢铁“1·31”U 型水封击穿较大煤气中毒事故和2018 年安徽马钢“7·17”V型水封未可靠隔断一般煤气中毒事故，其原因与水封本质安全和现有从业人员综合安全意识和技能不足，尤其是封堵状态下安全管控不到位直接相关。由此，笔者对照国家和行业煤气安全标准，重点就钢铁企业U/V型水封两种组合式隔断装置在本质安全保障和检修使用方面的主要安全风险和管控措施进行梳理分析，同时提出完善建议。

1 水封组合式隔断装置的结构和工作原理

经查阅现行煤气安全标准，水封组合式隔断装置包括关闭阀与水封组合以及水封与盲板组合两种形式。仅就U/V 型煤气水封单体而言，其主体结构和工作原理完全相同。U/V 型水封结构如图1所示。

图1 水封主体结构示意图

主要由水封本体、给水管路、高低位溢流管路、下部排水器和水封顶部两侧放散管、取样管等组成。其工作原理是：当需隔断煤气时，先关闭高低位溢流管之间的连接阀门，通过给水管向水封内部注水，当高位溢流管有水流出时，说明水封内部水位已经达到有效高度，此时关闭给水阀，并打开小流量旁通补水阀进行补水以确保封堵期间高位溢流管连续溢流。当水封需要保持通路时，关闭旁通补水管并打开高低位溢流管之间的连接阀门，即可将水封内部水排尽，从而形成通路[1]。

2 组合类型和安全要求分析

2.1 关闭阀与煤气水封组合

2.1.1 水封安装位置和安全要求

《工业企业煤气安全规程》(GB6222-2005)是工业企业煤气安全管理的现行基础性标准。其7.2.3.1条规定，水封装在其他隔断装置之后并用时，才是可靠的隔断装置。水封有效高度为煤气计算压力至少加500 mmH2O，并应定期检查水封高度；7.2.3.2条规定，水封的给水管上应设给水封和止回阀；7.2.3.3 条规定，U 型水封两侧应安设放散管、吹刷用的进气头和取样管[2]。

《钢铁企业煤气储存和输配系统设计规范》（GB51128-2015）是钢铁企业煤气储存和输配系统设计标准。其8.4.2 条规定，蝶阀、闸阀和球阀等单独使用时不应作为隔断装置，应与U型水封、盲板阀或盲板等其中之一组合使用作为隔断装置；煤气管道计算压力大于0.05 MPa 时，其煤气管道隔断装置应采用蝶阀、闸阀、球阀与盲板阀或盲板等其中之一组合的方式；8.4.10 条规定，煤气管道水封的有效高度，应取煤气计算压力加5 kPa 与煤气计算压力1.2 倍的较大值，且不得小于20 kPa；10.2.5 条规定，煤气管道及其附属设备的安全措施，应符合现行国家标准GB6222的有关规定；煤气水封给水管应设U型给水水封和逆止阀[3]。

《煤气隔断装置安全技术规范》（AQ2048-2012）是煤气领域行业安全标准。其5.2.3条规定，关闭阀应置于待隔断煤气设施、系统的煤气压力侧；5.2.4条规定，煤气水封有效高度应不低于计算压力加500 mmH2O；5.2.6 条规定，煤气水封的给水管应设置为U 型水封型式，其水封高度应不小于煤气水封的有效高度；5.2.7 条规定，煤气水封的底部应设排水口，排水应通过连接的煤气排水器排出；5.2.8 条规定，溢流水管管底内壁与水封底部水平管道的管顶内壁的高差，应不小于煤气水封的有效高度，溢流排水应通过煤气排水器排出，并直观可见；5.2.9条规定，煤气水封应具有可靠的水位保持功能，并应设置有直观的液位指示；5.2.14 条规定水封操作维护安全要求：a)在对煤气水封充水前应确认关闭阀关闭到位；b)在充满水出现溢流后，应关闭给水阀进行水位保持试验；c)在“隔断”期间，应经常检查水封的水位必须保持正常；d)经常检查确认煤气排水器应处于正常运行状态[4]。

分析以上标准条款可以得出：

（1）GB6222重点明确了水封在煤气管线上的安装位置，即应设置在其他隔断装置（笔者认为本处应理解为切断装置，如蝶闸球阀等）之后并用时才属隔断装置，即应安装在煤气管道切断装置之后的非承压侧；同时为防止水封内部煤气通过给水管路发生反窜，应设置给水封和止回阀（主要目的是双重保障），但未明确给水封的水封高度和止回阀安装位置要求。

（2）GB51128 是在GB6222 的基础上有以下改进：

（a）结合近年水封事故，提升了水封有效高度设计要求，规定应取煤气计算压力加5 kPa 与煤气计算压力1.2倍的较大值，且不得小于20 kPa；

（b）强调煤气管道计算压力大于0.05 MPa 时，不应选择蝶闸阀球阀与水封组合方式，其在条文说明中解释，主要考虑水封组合方式在较高压力情况下的安全保障性不如盲板阀及盲板组合方式可靠；

（c）10.2.5 条规定煤气管道及其附属设备的安全措施应符合现行GB6222 规定，也即认同水封应设置在煤气管道切断装置之后的非承压侧，但是仍未明确水封给水管路U型水封高度和止回阀安装位置要求。

（3）AQ2048是对GB6222规定的细化和完善。

（a）5.2.3 条与GB6222 保持一致，明确水封应设置在煤气管道关闭阀之后的非承压侧。

（b）5.2.6 条规定水封给水管U 型水封有效高度不应低于煤气水封有效高度，避免管线压力异常发生反窜。

（c）5.2.7 条规定水封在通路时冷凝水应通过与水封低位连接的排水器排出，而5.2.8条规定水封在封堵状态溢流水应通过排水器排出，笔者理解本处所指排水器可以是水封低位连接排水器（绝大部分钢企的设置类型），也可以是单独设置专门用于排出高位溢流水的排水器（首钢迁钢采用此种类型，即是消除了高低位溢流管之间的连接阀门泄漏风险）。

（d）5.2.9 条规定水封应具有水位保持功能，并应设直观液位指示，本条目的是强化作业人员对水封封堵状态下的水位状态监控，确保内部水位处于安全高度，但实际情况是，国内钢企设置直观液位指示的寥寥无几，目前仅宝钢、沙钢等零星钢企，且仅是针对个别水封而非企业全范围统一设置。

（e）5.2.14 条规定了水封封堵操作步骤，即在水封注水前应先行完全关闭水封之前的关闭阀，之后再向水封内部注水直至高位溢流（可以理解为先使用关闭阀，对待隔断的设施或系统实施最大程度降压，缩短水封注水时间，防止注水过程不因管线压力异常发生击穿），之后再关闭给水阀并打开旁通补水阀，以实现封堵状态下的高位持续溢流。

2.1.2 水封安全管控风险分析

综合近年水封事故引发原因，水封本质安全和现有从业人员的综合安全意识和技能不足，尤其是封堵状态下的安全管控不到位等现象，依然在行业范围内具有一定程度的普遍性。以下就关闭阀与水封组合装置在本质安全保障和规范使用过程存在的安全风险进行分析。

（1）单独水封不能作为隔断装置，或是水封之前与水封组合使用的蝶闸球阀等切断装置在封堵状态下关闭不严，一旦管线压力超高，就有可能突破水封有效高度发生击穿。首钢水城钢铁“1·31”事故，即是因水封前蝶阀未关严（也可等效理解为水封直接承压），在煤气管网供应总量超过用户消耗和剩余煤气放散总量的情况下，大量煤气通过蝶阀进入非承压水封一侧，最终造成水封在封堵状态下（3000 mmH2O有效高度）发生击穿。

（2）部分企业水封结构设计安装不合理。一方面水封给水阀门未设旁通补水阀，以及逆止阀和给水管水封高度不合规。具体体现在：部分水封设计时仅设给水阀或设计了旁通补水阀但施工过程没有安装。此时，当水封注水至高位溢流后一般都是关闭给水阀，此时位于承压侧切断装置之前的煤气管线可能因系统压力波动，发生煤气通过切断装置进入其与水封之间空间，并在压力升高情况下逐渐压迫并导致水封内部水排出，进而造成水封实际水位下降，当下降至极限水位时即有可能引发水封击穿。另一方面，水封高低位溢流管通过阀门连接未实施物理断开。此种设计除不便于直观判断溢流水是高位封堵状态溢流还是低位正常溢流外，还可能因高低位溢流管之间连接阀泄漏或是关闭不严，造成水封内部水通过低位溢流管排出，最终引发水封击穿。普阳钢铁“1·4”重大煤气中毒事故的直接原因，即是未设置旁通补水阀并保持高位连续溢流，以及高低位溢流管之间连接阀漏水，造成封堵状态下水封实际水位持续下降而击穿。

（3）水封内部有效高度不便检查或因管理不善造成水封堵状态时的实际水位不达标。现阶段，国内绝大部分钢企未设置水封水位在线监测。也正因此，操作人员无法直观判断水封内部实际水位，一般都在封堵状态时将水封注水至高位溢流，然后关闭给水阀并打开旁通阀确保高位连续溢流，这是规范和理想状态。但即使如此，也始终无法避免因职工责任心不强出现水封未注水或注水未达到满流情况发生。马钢“7·17”一般煤气泄漏中毒事故即是典型案例。

（4）水封下部排水器水封高度不足。水封下部一般设置卧式排水器，其内部水封高度绝大部分选取管线设计压力加500 mmH2O，尤其是转炉煤气回收风机房区域，排水器水封高度一般为1 000～1 200 mm H2O，不满足GB51128 第8.1.11 条和《煤气排水器安全技术规程》（AQ7012-2018）第4.1.2 条“排水器水封的有效高度应取煤气计算压力加500 mmH2O 与煤气计算压力1.2 倍的较大值，并不得小于30 kPa[3]”的最新规定，存在异常工况击穿风险（如煤气柜入口氧含量超标拒收的同时，三通阀未及时联锁放散引发管线憋压击穿）。此外，国内钢企因排水器有效水封高度不足击穿的典型案例，即是2015年山东滨州富凯不锈钢公司“11·29”重大煤气中毒事故（造成10 人死亡、7 人受伤）。其事故排水器有效水封高度仅1360 mmH2O。也正因此，在2015 年GB51128 和2018 年AQ7012 相关标准制定过程中提出了煤气管道排水器有效水封高度不小于30 kPa的最新要求。

2.2 煤气水封与盲板组合

2.2.1 水封安装位置和安全要求

经对比多个煤气安全标准，煤气水封与盲板组合隔断装置仅在AQ2048 中唯一出现且是首次规定。同时AQ2048 规定的隔断装置，除前文关闭阀与水封组合外，还包括水封平行双闸板隔断阀及水封球阀、封闭式眼镜阀以及关闭阀与敞开式盲板阀（眼镜阀）组合另外三种。经多方了解，现阶段国内采取这种组合方式的仅宝钢宝山本部和湛江两个基地，主要原因是宝钢建设初期成套引进日本工艺即是这种组合。经过宝钢多年实践证明，煤气水封加盲板组合在管控措施到位情况下安全可控，但用于长时间煤气隔断是否可靠，以及是否具有普遍意义，尚待进一步实践和研究[5]。

经过梳理，AQ2048 第5.5.1 条规定，关闭阀或煤气水封与盲板组合可作为煤气隔断装置；5.5.4 条规定，煤气水封应置于待隔断煤气设施、系统的压力侧[4]。由此笔者将其理解为：在此种组合中，煤气水封可以等效于关闭阀并可置于煤气管线隔断装置的承压侧。此外，AQ2048 规定的煤气组合隔断装置，除关闭阀或煤气水封与盲板组合外，还有关闭阀与敞开式盲板阀（眼镜阀）组合。按前述分析，煤气水封置于承压侧可以等效为关闭阀，理论上AQ2048 认可的关闭阀与敞开式盲板阀（眼镜阀）组合，也可以等效扩展为关闭阀或煤气水封与敞开式盲板阀（眼镜阀）组合，主要依据是关闭阀或煤气水封之后无论与盲板组合或与眼镜阀组合，其抽堵盲板或是操作眼镜阀的安全风险基本一致，但AQ2048 并未明确煤气水封与敞开式盲板阀（眼镜阀）组合属于合规类型，也可理解为标准编制单位和标准审查专家组成员对这种组合方式不予认可的谨慎态度。此外，笔者近年服务相关钢企时发现，无论是煤气水封后与盲板组合或是与敞开式盲板阀组合，已有零星出现且呈扩大趋势。

2.2.2 潜在安全风险分析

经对比前文条款，GB51128 或是AQ2048 规定的关闭阀与水封组合，都是对GB6222 关于水封组合装置安全要求的细化和延申，没有突破1986年第1 版GB6222 规定的水封应设置于蝶闸球阀等切断装置之后的基本原则。AQ2048 许可的煤气水封与盲板组合明确规定水封应置于待隔断煤气设施系统的压力侧，与GB6222 基本原则刚好相反，同时目前个别企业已参照水封与盲板组合选择水封与敞开式眼镜阀组合实施煤气隔断。为此，笔者在本文第3.1.2节关闭阀与水封组合风险分析的基础上，进一步分析水封与盲板组合的潜在安全风险。

（1）传统设置于水封前的单一蝶闸球阀等切断装置，主要用于水封封堵前的管道泄压，最大程度为其后水封注水、盲板抽堵和眼镜阀操作提供安全条件，且主要风险仅包括接法兰泄漏煤气和切断阀门密封性能下降。前者可以通过加强检修维护质量得以保障，后者也可通过定期阀板冲洗或与系统定修同步实施更换予以解决。

但在现阶段国内钢企水封管控水平参差不齐，以及从业人员安全意识与技能整体偏弱的大背景下，将水封置于待隔断设施及系统的承压侧，可能因现阶段部分水封缺失旁通补水管而无法保持高位连续溢流和安全水位，或因缺失水位在线监测无法获知水封内部水位、或因职工责任心差异造成水封注水不到位或未注水，以及因高低位溢流管连通阀维护不到位或是未完全关闭等因素相互叠加，共同造成处于承压侧水封“等效泄压功能”的失效概率出现增加。尤其是当水封处于高位溢流情况下，因管线压力异常波动，可能造成置于承压侧煤气水封击穿，以及由此衍生的，作业人员在不知情状况下，操作设置于水封后的眼镜阀或抽堵盲板等高风险作业，进而引发中毒甚至动火作业发生爆炸。此种情形，类似于2018 年韶关钢铁“2·5”煤气中毒较大事故（8人死亡、10人受伤），其直接原因是眼镜阀前关闭阀未关严情况下，直接带压打开眼镜阀造成大量煤气泄漏。

（2）水封与盲板组合操作方面。AQ2048 第5.5.7 条关于水封与盲板组合操作维护安全要求规定，a)隔断顺序：水封充水至溢流并保持水位→隔断区域的煤气用氮气等惰性气体置换合格→堵盲板；b)开启顺序：抽盲板→确认隔断区域的空气用氮气等惰性气体置换合格→排水使煤气水封处于“通”状态；c)煤气水封的操作应遵循5.2.14 条的规定[4]。

经分析，上述操作是在无异常发生的前提下，但无异常是以水封给水管U型给水封和逆止阀规范设置，水封封堵期间注水至满流并保持连续溢流，高低位溢流管之间阀门无泄漏以及水封承压侧无极端压力波动等因素为共同前提，而这些异常正是现阶段引发国内钢企水封事故的重要因素。同时综合GB6222、GB51128 和AQ2048 关于隔断装置定义，水封组合隔断装置不仅应具有系统无异常时煤气不泄漏到被隔断区域的功能，更应具有异常情况下煤气不泄漏到被隔断区域的保障功能。

（3）水封与盲板组合应急方面。AQ2048 第5.2.14 条关于水封操作维护安全要求a)款规定，在对煤气水封充水前，应确认关闭阀关闭到位[4]。本规定既适用关闭阀和水封组合，也适用水封与盲板组合，但实际情况是水封与盲板组合中因水封前缺失关闭阀而无法实现，如此造成水封与盲板组合的正常隔断煤气的作业时间势必延长，尤其是置于承压侧水封下部的排水器发生击穿或是水封本体发生击穿，以及在此情形下进行水封后进行盲板抽堵或是操作眼镜阀期间发生卡板以及大量煤气泄漏时的应急处置时间也会明显延长，且远大于传统煤气水封置于关闭阀之后的应急关闭或泄压时间（绝大部分带驱动蝶闸球阀关闭约在40 s 内完成）。当然，相关异常事件同时发生的概率较低，但不可否认其实际安全风险始终存在。

3 完善措施与建议

综合前文分析，现阶段我国钢企应充分吸取历年水封事故教训，并在系统提升本企业煤气水封本质安全的同时，持续加大煤气水封规范操作的安全管控。对此，笔者提出如下措施与建议：

3.1 规范强化煤气水封本质安全提升

应系统强化煤气水封有效高度保障，严格按照GB51128规定，选取煤气计算压力加5 kPa与煤气计算压力1.2 倍的较大值，并不得小于20 kPa；水封给水管应设旁通补水管，水封封堵状态下必须保证高位持续溢流；水封给水管应规范设置给水封和止回阀，其中给水封有效高度不应低于煤气水封有效高度，逆止阀安装位置应按注入水流动方向，设置在给水阀和旁通补水阀之后，以便检修更换便利和切实防止煤气通过给水阀门发生泄漏；水封高低位溢流管应分开设置（物理断开），以防之间连接阀泄漏或关闭不严造成水封内部水位下降发生击穿，具体可共用水封下部排水器，或分别就高低位溢流管单独设置排水器；同时，排水器有效高度应执行GB51128 和AQ7012 规定，确保不小于30 kPa。此外，水封高位溢流管的顶部应与大气相通、禁止封闭，防止发生虹吸。

3.2 加快完善水封液位指示与在线监测

应按AQ2048 规定，规范设置水封内部直观液位指示装置，如压差式液位计、浮标式液位计并应具有清洗管头和低水位声光报警功能，同时低水位报警信号应引入24 h 有人值守的控制室，发现水位异常应及时补水，此外，水封给水阀门宜具备与低水位报警信号联锁的自动补水功能。

3.3 持续强化水封组合装置安全保障意识规范操作

综合以往水封事故教训，建议在持续强化煤气水封本质安全和完善在线监控设施的同时，针对关闭阀和水封组合装置采取差异化措施提升安全保障水平。遇短时检修（如8 h 以内，主要考虑交接班信息传递风险），可通过水封本质安全和水位在线监测及联锁补水予以保障；若检修时间过长或需人员进入水封后被隔断设施或系统内部时，建议在关闭阀和水封组合装置后采取堵人工盲板或是关闭已有眼镜阀的方式，强化安全保障水平。据了解，这种方式已在首钢、武钢、湘钢、沙钢等企业开始推行，且已得到国家安全主管部门和业内人士的一致认可。此外，笔者认为参与煤气水封作业的现场操作和控制室人员属于国家规定的从事煤气输送、维护检修的作业人员，应当按规定取得煤气特种作业人员证书，并持续强化煤气作业安全意识和操作技能提升，确保规范操作。

4 结束语

综上所述，国内钢企应充分认识到煤气水封在本质安全提升和规范操作环节的重要性和急迫性，尤其应充分认识到AQ2048 煤气水封与盲板组合存在的潜在安全风险和现阶段国内钢企对于煤气水封安全管控存在的诸多不足。

笔者认为，GB6222 关于“水封装在其他隔断装置之后并用时才是可靠的隔断装置”的规定，自第1版实施已近35 年。站在现阶段国内钢企对于煤气水封组合隔断装置，整体安全管控不规范以及受控程度不高的大背景下，应切实强化“煤气水封应安装在非承压侧基本规则”的规定延续，同时基于煤气水封和盲板组合在现阶段切实存在的各类安全风险，目前不宜在全国范围广泛推行，建议相关企业谨慎选择，特别是部分钢企将水封加盲板组合自主扩展为水封加眼镜阀组合的情形，应当予以纠偏。此外，基于对新工艺适度许可的原则，建议相关标准管理机构及时跟进宝钢在水封与盲板组合使用过程的切实经验，不断强化管控力度，进而为国内钢企在水封本质安全和煤气从业人员安全意识与技能达到一定水平并相对稳定后，再综合研判水封与盲板组合甚至与敞开式眼镜阀组合方式在全国范围施行的可行性。