这张图不是布置图,而是寻找风险的顺序
在一贯制钢铁厂中,一氧化碳(CO)并不只是偶然产生的附带污染物。在焦炭制造中,它是煤在无空气条件下加热时产生的焦炉煤气成分;在高炉中,它由焦炭与热风反应生成,作为夺取铁矿石中氧的还原气体。在工艺内它是有用的燃料,但一旦逸出设备外,便会成为难以凭颜色和气味察觉的急性中毒风险。
因此,绘制CO地图不能从在设备名称上标几个点开始。必须在一张图上叠加工艺的正常流向、压力边界、可能泄漏的连接部、异常释放路径、人员停留处和移动处。本文的地图是概念图,并不表示某一钢铁厂的实际布局或检测仪位置。实际检测仪地图必须由具备资质的人员根据该场所的工艺安全资料、管道和仪表流程图、通风与气象资料、作业动线、事故和报警记录以及现场风险评估编制并验证。
工艺CO路径一览
概念流程可按如下方式理解。
焦炭区域依次包括煤装入、炭化室、上升管与鹅颈管、集气管、副产品回收设备、净化煤气管道和燃料使用点。
高炉区域依次包括炉顶装料部、炉体内部反应、炉顶煤气引出管、除尘和洗涤设备、煤气柜与总管、热风炉及其他燃料使用点。
两条流程中,门、盖、阀门、法兰、膨胀节、排水口、水封、仪表连接部、吹扫、排气口和放散管都可能使工艺气体逸入作业环境。
沿管道远距离输送的气体,也会在远离产生设备的锅炉、加热炉、热风炉和混合煤气站形成新的泄漏或不完全燃烧点。
释放后CO的实际暴露点并不只由产生源决定,风向、温度、压力、建筑缝隙、屋顶、平台、坑槽、地下通道和人员停留时间也共同决定。
美国环境保护署的焦炭生产工艺说明显示,炭化产生的挥发性物质经上升管和鹅颈管进入集气管,经过冷却、除焦油、氨和轻油回收、脱硫后,净化焦炉煤气被用作燃料。同一机构的钢铁生产工艺说明则介绍了从高炉顶部回收含CO煤气,经除尘和洗涤后用于热风炉及其他工艺燃料的路径。必须先画出这两条路径,才不会遗漏产生源以外的风险。
焦化工艺中应标示的区域
装煤部和焦炉炉组顶部
装入煤炭时,炭化初期的产气量和压力变化较大。若装煤孔盖、上升管盖、鹅颈管、挡板或集气管连接部发生堵塞或密封不良,含CO的原煤气可能泄漏至炉组顶部。美国职业安全与健康管理局的焦炉排放标准要求在装煤前检查鹅颈管、立管、盖和装煤孔,并维护煤气通道和抽吸系统。这意味着重要的不只是可见烟雾,还包括气体能否经集气管稳定排出的路径是否完好。
地图中不应将整个炉组顶部视作一个点,而应标为线性危险区域。区分每座焦炉的装煤孔、上升管列、集气管与交叉管、压力调节部和检查通道,并将装煤、除碳、开盖等作业情景设为独立图层。顶部并不会仅因位置高就始终安全或始终危险;高温原煤气上升、风致横向移动和邻近结构物涡流可能同时出现。
推焦侧、焦侧和焦炉门
焦炉门、门框、小门和裂缝是炭化期间反复出现的泄漏点。开门和推焦时工艺状态急剧变化,作业人员和移动设备会近距离接近。地图应分别标示推焦侧和焦侧,并连接门维护、清扫、密封作业、推焦机和导焦车驾驶室、等候点和步行通道。
在赤热焦炭的推出、输送和熄焦区域,CO也可能随燃烧状态和通风而产生。但不能只看熄焦塔就代替判断炉组原煤气泄漏风险。装煤、炭化过程泄漏、推焦、湿法或干法熄焦的产生原因和时间模式均不同,应分别评估各自的报警记录和作业暴露。
副产品回收和净化系统
集气管之后依次连接初冷器、抽气机、除焦油器、氨回收、轻油回收、硫化氢去除等多种密闭设备。该区域的风险不会因为远离焦炉而降低,因为气体在此被压缩和输送,反复经过阀门、泵、冷凝液排水口、采样点、人孔和水封。
应将为维护而打开的容器和管道、清除堵塞的作业、隔离后吹扫的区段,以及抽气机前后的压力边界标为独立作业情景。焦炉煤气除CO外还可能混有氢气、甲烷、硫化氢和多种蒸气。因此,不能假定一个CO传感器能够说明全部可燃、有毒和缺氧风险。所需的多气体组合和传感器干扰应根据实际气体组成与作业条件确定。
净化煤气总管和燃料使用点
净化煤气可经煤气柜或分配总管送至焦炉加热、锅炉、加热炉或混合煤气系统。此时地图不应止于焦化厂边界,而要追踪气体的完整生命周期路径,包括煤气柜密封、压缩机、调节阀、混合站、低点排水口、冷凝水口、建筑穿墙部、燃烧器燃气阀组(burner train)和排气口。
若用不同颜色标示正常密闭的煤气和燃烧后的烟气,便不会混淆泄漏检测与燃烧状态监视。
高炉工艺中应标示的区域
炉顶装料部和压力边界
在高炉内部,焦炭与热风反应生成CO,该气体穿过装料向上流动并还原铁氧化物。含CO的炉顶煤气由顶部引出管回收。因此,炉顶装料装置、钟式或无钟炉顶、压力均衡管、旋转溜槽周边、检查开口和密封件构成第一类地图区域。
装料时的压力波动、密封磨损、堵塞和检查开口会改变正常回收流。美国国家职业安全卫生研究所较早的高炉健康危害评估记录了高炉煤气的CO浓度可能很高。这一数值是特定过去场所的调查值,不能原样用作当前现场的标准,但原煤气的微小泄漏也可能造成严重暴露,这一点是明确的。
引出管、除尘和洗涤区域
炉顶煤气经引出管和下降管进入除尘器或旋风分离器、湿式洗涤器或电除尘器等净化设备。地图中应标出各容器的进出口、切断阀、法兰、膨胀节、压力表和采样点、排水口以及污泥和水处理连接部。不能因为煤气洗涤区有水就假定CO被去除。若洗涤的主要目的为除尘,净化后仍会继续流动具有燃料价值的含CO煤气。
水封和排水口是煤气系统与液体系统的边界。液位降低、堵塞、错误的阀门操作或维护时打开,都可能形成煤气进入坑槽或排水系统的路径。因此不应只追踪管道上方,还要检查地下坑槽、沟渠、阀门室、泵房和废水连接部。
放散管、排气口和吹扫点
放散管是用于安全释放压力的设备,并不表示即使周围有人也属于安全排放口。英国健康与安全署的高炉爆炸调查报告表明高炉顶部放散管和压力控制是重大事故分析中的关键边界。地图中应同时标示放散管和紧急排气口的释放方向、动作条件、远程和现场接近路线、相邻平台及进气口。
开炉、休风、再开炉、停炉、压力异常、氮气或蒸气吹扫会造成不同于正常运行的气体移动。这些状态不应在一张正常运行图中仅用小注释表示,而应作为独立情景地图管理。预计释放时,应连接出入控制、风向确认、远程监视、通信和疏散标准。
煤气柜、总管和热风炉
净化后的高炉煤气沿煤气柜和大直径总管输送至热风炉及其他燃料使用点。风险点包括煤气柜密封、总管阀门和膨胀节、滴水口、冷凝水排放、混合煤气设备、热风炉燃烧器、燃烧室、烟囱和建筑穿墙部。即使在远离高炉处发生报警,也不应武断地认定为与工艺无关的误报警,而应逆向追踪相连的煤气网络。
热风炉切换和燃料切换时,阀门顺序、吹扫、火焰确认和联锁状态很重要。固定式检测仪不能替代机械完整性、安全仪表或燃烧控制。检测信号只有与预先定义的切断、通风、报警、出入控制等响应结合时才有意义。
出铁场和炉体周边
在出铁口、铁沟、出铁口作业区和炉体周边,高温作业、粉尘、熔融物风险与CO暴露可能性叠加。应将炉体或冷却系统异常、出铁作业和相邻煤气管道泄漏分别形成情景。即使人员仅短暂停留的下部空间也不应排除。风速低且被结构围挡的位置、楼梯下方、电缆隧道和驾驶室的外气进风口可能成为局部滞留或进入路径。
如何将风向和高度纳入地图
美国NIOSH的CO化学品指南给出的CO相对气体密度约为空气的0.97。该值与空气非常接近,因此不能采用传感器一律只放在天花板或地面一侧的规则。实际扩散很大程度上取决于释放气体的温度和速度、周围风速、通风、结构物涡流、开口和压差。
高温炉顶煤气或原焦炉煤气起初可能因热浮力而上升;但冷却后的净化煤气若水平喷出或被风压住,则可能沿平台和建筑物之间移动。因此,必须同时调查屋顶下方、雨棚、控制室进气口等高处,以及坑槽、沟渠、地下室等通风不良的低处。采样点应依据预期释放形态和人员呼吸高度确定,而不是只看某一个高度。
地图中不应只加入季节性主导风向,还应标示实时风向仪、建筑物造成的局部回流、无风条件和设备通风方向。应按情景审查疏散集合点,尽量避免与可能释放源处在同一下风侧。作业前应说明当时的风向和预期煤气路径,情况变化时也应能够改变接近路线和疏散路线。
将固定式与便携式检测仪一并设计
固定式检测仪的作用
固定式检测仪有利于连续监视和早期报警。优先候选位置包括可能反复泄漏的连接部、集气管和总管的压力边界、煤气净化室、煤气柜和混合站、燃烧器区域、半封闭平台、控制室和电气室的外气进风口以及人员经常通行的通道。但不能用设备旁的一个传感器代表整个区域;气体可能因风和障碍物绕过传感器,因此应确认各情景的到达路径。
英国健康与安全署的气体检测仪选择与使用指南说明了固定式检测仪用于连续监视和泄漏早期报警,而便携式检测仪用于进入密闭空间前确认、追踪泄漏和危险作业报警的区别。固定式传感器的位置应同时考虑报警目的、预期泄漏、通风和维护可达性,安装后还应通过实际或模拟试验确认气体能否到达传感器。
报警值不应照抄本文的一般数值。应审查韩国法规、企业内部暴露标准、传感器范围与响应时间以及应急措施理念后,确定报警、警戒和联锁。控制室也应能区分失电、通信故障、传感器故障和超量程。定期校准、通气功能测试(bump test)、吸入式管道的延迟时间、过滤器污染和交叉响应应纳入维护计划。
便携式和个人用检测仪的作用
便携式检测仪会随在固定式传感器之间移动的人员实际呼吸带移动。NIOSH的工作场所CO预防指南建议定期测量可能存在CO的区域并使用个人报警器。对于为巡检、采样、阀门操作、清除堵塞、追踪泄漏、维护前后或确认报警而接近现场的人员,可能需要个人检测仪。
进入密闭空间前,应从外部在多个高度和深度进行测量,并在进入过程中持续监视。一次出现安全数值并不保证随后仍然安全。必须同时具备隔离、上锁挂牌、盲板、吹扫、通风、进入许可、监护人和救援计划。一般作业人员不得只拿着检测仪就进入可能高浓度的地点寻找泄漏源。
个人设备应在工作开始前确认功能,并按制造商程序校准。应审查焦炉煤气中的氢气等其他成分影响CO电化学传感器的可能性,以及高温、湿气、粉尘和缺氧条件下的性能。作业人员必须了解报警的含义、立即撤离方向、报告对象和禁止重新进入的条件,设备才会成为实际防护手段。
完成现场地图的六个步骤
从最新工艺流程图和管道仪表流程图中,完整追踪含CO煤气的产生、回收、净化、储存、混合、燃烧和释放路径。
除正常运行外,编制装煤、推焦、出铁、切换、开炉、停炉、休风、吹扫、放散管动作和维护情景。
在现场确认门、盖、密封件、阀门、法兰、膨胀节、排水口、水封、采样点和临时软管等泄漏边界。
叠加人员停留点、巡检路线、控制室、进气口、高空平台、坑槽、地下通道、疏散路线和集合点,评估暴露可能性。
应用风向和风速、热浮力、通风、结构物涡流和季节变化,确定固定式候选点和便携式测量计划,并进行到达试验。
验证报警响起时直至自动或手动切断、通风、广播、出入控制、疏散、救援和恢复运行批准的责任与时间。
最后的审查问题很简单:必须能够回答气体在哪里产生、流向哪里、可能从哪些边界逸出、当时风和结构物会把它送往哪里、谁会最先暴露、哪种检测仪何时报警,以及报警后会自动或手动发生什么。无法回答的空格不是需要增加一台传感器,而是需要进一步调查的项目。
比地图更重要的运行原则
发生CO报警时,作业人员不应停留以确认症状,而应立即按规定路线撤离并通知控制室。应根据现场程序和实时风向向侧风或上风方向的安全区域移动,禁止未经培训人员单独救援或重新进入。接近高浓度或浓度未知的环境,是配备合适呼吸防护装备和救援体系的受训人员的工作。
好的CO地图不是传感器位置图,而是一份活的工艺安全文件。设备变更、管道旁路、燃料变更、建筑扩建、通风变更、反复报警、泄漏事故或作业动线变更后,都应重新审查地图。未经各场所的风险评估和现场试验,不能确定实际检测仪布局。概念图能帮助不遗漏问题,却不能代替测量现场的压力、气体组成、气象、结构和人员情况。

