1 煤粉泄漏爆炸危险分析

煤化工利用煤炭液化或气化技术，将煤炭转化液体、气体燃料等清洁、高效的二次能源。“十二五”时期，我国以煤制油、煤制烯烃、煤制气为主的现代煤化工步入快速发展轨道。然而，在煤粉制备工艺过程中均存在不同程度的煤粉泄漏危险，煤粉泄漏后在敞开空间遇到火源即会发生粉尘燃烧爆炸事故［1-2］，对煤化工装置及园区带来灾难性破坏。

本文结合煤粉制备、筛选、输送的工艺过程，分析系统中存在的煤粉爆炸危险性和泄漏危险位置。针对不同位置提出泄漏危险的计算评估方法，提出了泄漏监测及扩散防治措施，确保系统工艺的安全运行。

1.1 煤粉制备工艺流程

煤化工煤粉制备大多采取 “原煤研磨干燥＋煤粉旋风分离收尘＋中间储仓＋加压输送”的工艺技术［3］。煤粉制备工艺包含研磨、干燥、存储、输运几个部分，原煤送入磨煤机后，受到挤压和碾磨而被粉碎成煤粉。在来自热风炉的热惰性气体的旋风作用下煤粉进入干燥空间，进行热风干燥和分级。细煤粉被加压并通过载气处于流态化状态。通过加压输送为气化装置提供合格的煤粉。见图1。

图1 煤粉制备工艺流程示意图

1.2 煤粉泄漏爆炸危险分析

煤粉制备系统中设备众多、管网复杂，当筒仓或收尘系统内压力超限、设备故障、材料老化、磨损，使得煤粉在内部压力下向外泄漏，形成煤尘云，遇火源则发生燃烧爆炸危险［4］。煤化工使用的一般为褐煤，挥发分高，制备的煤粉粒径小、流动性强、水分含量低。以某煤制油化工企业为例，粒径75μm以下的煤粉质量＞80%，煤粉发生火灾爆炸的危险性要比普通煤粉更高。

按照标准规定的实验方法对两种典型的煤制烯烃和煤制油原料煤粉进行爆炸特性参数测试，得到煤粉爆炸特性参数如表1中所示。

表1 煤粉爆炸特性参数测试结果参数 1＃煤样 2＃煤样爆炸下限浓度／（g／m3） 10＜Cmin＜30 20＜Cmin＜30最大爆炸压力／MPa 0.66 0.62 Kst值／（MPa·m／s） 19.49 14.70粉尘云最低着火温度／℃ 540 540粉尘层最低着火温度／℃ 260 240

2 煤粉泄漏爆炸危险分析

2.1 混合气体泄漏模型

煤粉制备工艺过程中，除尘器、粉煤仓等煤粉系统容器内介质为循环气或惰性气体与悬浮煤粉的混合物。当壁面或顶部的泄爆片或防爆板打开后，泄漏源以卷扬细煤粉的气体为主。

在采用泄漏模型进行计算之前做如下假设：气粉两相流中固相占混合物的体积忽略不计，假设为0。首先，采用气体泄漏模型进行泄漏体积量的计算，然后根据细煤粉的空间密度计算其泄漏量。煤粉系统容器内部气体的流动为亚音速流动，泄漏量按公式 （1）、（2）进行计算：

1）煤粉收集器防爆板泄漏

煤粉收集器是原料煤磨煤干燥后合格煤粉的收集容器，当出现内部超压或设备故障时，侧面防爆板打开泄压，造成煤粉泄漏。泄爆板尺寸为DN500mm，启动压力5kPa。根据气体状态方程及煤粉收集器工况条件，计算得出单个泄爆板全部打开泄漏的气体体积流量为：Q＝4.03m3／s。

煤粉收集器中气体的含尘量为400 g／m3左右，所以得到煤粉收集器单个泄爆板打开时煤粉的泄漏量为：Q＝1.61kg／s。

2）粉煤仓顶部防爆板泄漏

粉煤仓的操作温度为微正压，介质为细煤粉、二氧化碳和氮气。在备煤单元粉煤仓的顶部安设有3个重力防爆板，同样，当内部压力增大，防爆板打开引起煤粉泄漏。防爆板的尺寸为DN800mm，启动压力为5kPa。

粉煤仓内上部气体的含尘量为50 g／m3，计算得出，粉煤仓单个防爆板打开时，煤粉的泄漏量为：Q＝0.88 kg／s。

2.2 小孔泄漏模型

煤粉系统容器会都内贮存细煤粉，里面充入热氮气起流化作用，且煤粉粒径小，流动性好，因此在泄漏计算时将流化状态的煤粉理想化为流体。按照管道或储罐上小孔泄漏模型计算煤粉泄漏质量流率，见公式 （3）。

1）粉煤仓锥部橡胶膨胀节泄漏

为便于设备或管路上下对接，减少设备运行或检修震动产生的影响，煤粉制备系统多处安装有橡胶膨胀节，在长时间运行中会产生磨损或者撕裂，造成煤粉泄漏。

粉煤仓是大型煤粉仓储结构，底部出口与管路连接处安装橡胶膨胀节，膨胀节尺寸为Φ300mm×230mm，煤粉的堆积密度为570kg／m3。磨损或撕裂小孔面积一般小于1cm2，根据小孔泄漏模型计算煤粉泄漏量为 Qm＝0.54 kg／s。

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