脱火与回火都会使可燃气体未经过燃烧而流出,为爆炸灾害制造条件。回火如果得不到及时的控制,使火焰窜到具有可燃混合物的细长管道中,就会发生“爆震波”(参1),其破坏力极大,应绝对避免。因此当燃气管道内混有空气时,一定要远离着火浓度界限,否则会造成巨大损失。
已形成燃烧的情况下,为了扑灭火焰,根据火焰稳定的理论,要在火焰的根部破坏其稳定条件。例如可用灭火干粉撒向局部火焰的根部,这样即可以很快消灭酿成火灾的火种。
四、城市燃气事故分析
城市燃气事故有两大类:一类为中毒事故;另一类为爆燃与爆炸。如前所述,煤制气毒性就较大,最容易产生人身中毒,究其原因,主要是因为漏气所致。此外,由燃气燃烧产物中CO造成的中毒事件也是可能的。尤其对于洗澡的热水器,浴室容积小,通风不良,门窗紧闭甚至加锁,结果使浴室中氧含量急剧降低,恶化燃烧工况,CO浓度增高,很容易造成死亡事故。此种事故多属烟道安装不符安全规定的事故,此类事故将由其他文章论述。
另一类事故是无控制的爆燃与爆炸。此类事故多因燃气漏出,形成爆炸的三个条件而产生恶性灾害。
造成事故的原因是多种多样的。但是都离不开本文前部分的理论范围。下面举几个实例(参5),说明燃气可能造成的危害以及安全措施的重要性。
1、管道漏气:某燃气干管一个接口施工不良,造成漏气现象。漏出的燃气进入排水管道,在排水管内水面上形成可燃混合物。由于偶然机会,火种进入排水管道内(香烟头即为点火源),即发生爆炸。再有,由于干管漏气,排至街道,遇汽车排烟中的火种立即引起爆燃。
2、调压站内的水封冻结:水封的作用是当燃气压力超过标准时放气,泄压。由于冬季保温没有做好,水封冻结失去作用。当燃气压力因某种原因升高后,使用户的燃气表裂开,造成漏气。这时用户主人在厨房内开灯,电器开关的火种就是一个点火源,于是造成爆炸。
3、液化石油气钢瓶涨裂:在灌瓶站内,不能将钢瓶灌得过满(即超重)。尤其在冬季,如果钢瓶灌得过满,搬至室内后,因温度升高致使钢瓶涨裂,造成漏气、爆炸或爆燃事故。
4、调压阀接口的“0”形圈脱落:在液化石油气的调压阀与钢瓶角阀的联接处,中间有一个“O”形的胶圈。胶圈安装在调压阀螺纹接口的端部。在换钢瓶时,不注意脱落后,钢瓶的角阀与调压器的联结处,必然会因漏气造成爆燃事故。
5、燃烧室在点火时的爆炸: 无论在工业窑炉的炉膛内还是民用热水器或烤箱的燃烧室中点火时,一定要确认燃烧室中没有残存的未烧尽的燃气时才能点火。否则就会形成爆炸的三个条件,产生爆炸。这往往由于操作不当而发生的事故,严重者可以把炉膛的围墙推倒。
6、工业窑炉的严重不完全燃烧:在窑炉中因操作不当造成不完全燃烧,使大量的可燃气体进入烟道,这时又有空气被吸入烟道,形成爆炸条件,结果会在窑炉尾部爆炸。
7、民用灶点火不当:对于没有自动点火的灶,应先点着火柴,然后开气门,这就是“火等气”。如果是先开气门,火柴一时点不着或找不到,这时如急于寻火柴而忘记了关闭阀门,就会产生事故。
8、带气作业的爆燃:如果在燃气管道内或储罐中完全是燃气,火焰就不可能窜入。所以可在带气的情况下检修焊接。但是,在工作时必需做好各项准备工作(有专门资料在此不赘述)。尤其要注意的是“降压”与“封漏”工序。如果“降压”与“封漏”工序不好,在局部焊接时会使局部火焰蔓延成大火,把设备烧坏,甚至伤人。
9、储罐爆炸:燃气储罐内应保证100%的燃气,绝对不允许在任何情况下掺入空气。否则一遇火种即构成爆炸三个条件。对于干式储气罐活塞上方空间要加强通风,使燃气浓度非常低,远离爆炸界限。储罐需要及时检修。检修时,严格按照安全操作章程进行。确保不发生事故。储罐的容积比较大,维护结构坚实,一旦爆炸,给职工人身与国家财产造成重大损失。这方面的教训在我国已有几例,今后应尽全力杜绝。
10、违反安全操作,不懂技术蛮干:这方面的例子是很多的。例如淄博市某用户用燃气炉上加铁板在卧室内采暖造成人身中毒;天津市某用户用液化石油气的残液洗衣服造成爆燃;郑州某厂违反安全操作规程,造成事故,使操作工死亡;黄石市某厂,不懂技术,在液化石油气明显发生泄露时,没有及时处理,发生爆燃,使14人烧伤,4人死亡,经济损失达80万元;安庆市某人,私自倒灌液化石油气钢瓶,造成漏气,引起爆燃,住房受损,本人也被烧伤。以上只不过是一些发表在刊物上的部分实例,足以说明不重视完全工作,对国家、对个人都会造成不可挽回的损失。
五、城市燃气事业安全生产
城市燃气事业由生产、输配与应用三部分组成。每个城市都制定了结合本地情况的安全生产规程。当然在此不能一一介绍。现在只拿出几个关键性问题,提醒有关同志注意。
(一)合理的设计
在设计中除了要遵照安全防火要求外,还要考虑实际情况与运行效果。例如,过去钢管设计大都采用沥青防腐,但是事实证明这种方法效果并不理想。为此大城市基本不用沥青防腐了。如果按老一套设计,不仅降低钢管寿命,当钢管穿孔时,不及时抢修就有可能发生大事故。在应用方面,工业窑炉的燃烧器的选型与设计不当,也会带来浪费能源与生产不安全燃烧的事故,例如,在封闭的炉膛内必须有熄火保护及火焰检测装置。可见燃气事业的设计工作,首先要考虑的是安全。
(二)精心的施工
燃气事业的施工不同于一般工程,它要求比较精密,尤其要保证一定的气密性,确保气密性达到规范要求。此外,燃气管道遍及大街小巷,各家各户,影响面很大,为此要求具有一定水平,受过专业教育的工人为骨干的施工队伍。有些城市过去没有燃气专业的施工队伍,仓促上马,急抢时间,施工质量不符合要求,造成工程隐患,浪费资金,并且运行也非常不安全,因此有关领导必须把住燃气施工这一关。
(三)严格的管理
燃气事业建成后,要求定期检查,维护与修理(参3)。例如凝水罐必须定期抽水,燃气表要轮流校正与检验,过滤器也应及时清洗等等。这些维护管理工作看来简单,但非常重要。目前采用了“插卡燃气表”。燃气管理单位不必每月抄表,同时也免去了可以和抄表一起进行的巡检工作。很多用户长期没有得到管理单位的例行检查,这很可能造成隐患。必要的例行检查可以预防事故的发生,不容忽视。但是,这种工作是经常的、大量的与繁琐的,并且看不见直接效益,往往被各级领导与值班工人忽略,因此需要严格的制度保证。
(四)正确地操作
无论在事故、检修与实际应用方面,都要严格按照正确的安全操作规程工作。稍一大意即产生事故。根据事故案例分析有两方面:一方面属于没有技术知识的误操作;另一方面则是熟练工人的麻痹大意。因此要求检查制度与
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(五)先进的设备
为了杜绝事故,安全技术在国际上很受重视。下面简单地介绍几种先进的安全设备。
1、先进的防腐措施:例如各国争先采用先进的塑料防腐技术,对燃气管道的内壁,还进行塑料喷涂,这样不仅延长管道寿命,减少维修费用,更重要的是保证管道严密性。
2、快速检漏设备:利用先进的电子设备可以很及时地发觉漏气的地点。目前有的国家还利用放射性元素检漏,把漏气现象解决于发生事故之前。
3、安全阀门与接口:日本采用一种“安全旋塞”,在其中有一个尼龙球。在正常工作时(流量不超过标准值),尼龙球静止不动。一旦发生事故,流量突然增大。把尼龙球吹起,顶住出口,堵住燃气外流。这种旋塞,可以保证因偶然原因,胶管脱落造成大量漏气的危险(见图5)。
4、胶管软连接:最近在家庭中,燃气用具与室内燃气管用胶管软连接的方式越来越多。软连接比硬管连接方便,但是容易发生事故,必须给以足够的重视。下面举例介绍几项国外安全措施。
为了强化燃气胶管,美国杜邦公司生产一种氯磺酰聚乙烯橡胶管,内镶衬钢丝网,即有足够的强度,又防橡胶老化,并且采用金属螺纹接头,严密而且牢固。
采用胶管,有时会因弯折或被挤压而暂时断气熄火,恢复后就会发生漏气事故。为此日本东京煤气公司生产一种内壁有三个凸起物的胶管(见图6),受压后不会断气。
5、燃气用具的安全保护措施:为了安全,对于带有燃烧室的灶具,除自动点火外,还必须带有熄火保护装置,当偶然事故而熄火时,燃气阀门可以自动关闭,防止漏气形成爆炸的条件。近年来,在高档的家用燃气灶中也装有自动熄火装置,它可以防止灶头意外熄火、漏气产生的事故。为了加强易出事故的热水器的安全措施。热水器安装了熄火、过热、缺氧等等保护装置,当燃烧状态稍有差错,就能自动关闭阀门。此外在建筑上应该重视燃气用具烟气的排除。不同类型的热水器配合不同类型的建筑烟道。因此热水器的排烟必须与建筑密切结合。杜绝因排烟不畅引起的人身事故。此外近代先进的热水器多数采用市电控制。这时的热水器不但是燃气用具,而且是条件比较不好的电器用具。因此其电气安全与电磁兼容安全应给以足够的重视。否则燃气用具可能发生电器事故。
6、电脑安全系统:日本在83年就开始使用微型计算机控制燃气系统以保证安全运行。图8就是一个例子。将燃气流量,室内空气中CO浓度,地震信号及燃气参数等信号输入计算机内,当某信号出现异常时,计算机控制阀门,使之关闭,防止事故(图8)。
结语
1、着火温度、熄火温度,爆炸条件以及稳定燃烧是保证城市燃气事业安全工作的重要理论基础。各种各样的爆燃、爆炸事故都应经过理论分析,总结经验教训,改进安全技术措施,使安全技术在理论上与实践中逐步提高。
2、为了保证安全生产,合理的设计是安全的根本;高质量施工是安全的保证;及时的维护管理是与先进的安全技术是安全的最后的屏障。各方面相辅相成,把理论研究、工程技术、企业管理以及宣传教育等工作结合起来,才能取得良好效果。
3、家用燃气设备直接面对用户。 因此安全使用是非常重要的问题。家用燃气设备直接安装在建筑物内,与建筑物有密切联系。回顾过去发生的事故,许多是由于与建筑不配套造成的。为此呼吁在建筑法规内编制与排除烟气的内容。
4、使用市电的热水器,必须具备电气安全与电磁兼容安全措施。除要求安全使用燃气外,还有注意电气的安全。
5、加强安全规范的研究。正确安全防火规范是完全必要而且应坚决执行的。但是,有些不统一的,陈旧的安全要求有时会影响燃气事业的发展。例如储罐的安全距离、管道建筑物间距以及楼梯间能否进燃气管等是于随着材料与施工水平的提高在不断改进的。只有经过技术经济分析,认真总结国内外经验,才能做出合理的决断。另一方面还要注意国外动态,例如以前国外发生的几起重大燃气失火事故,我们应收集有关资料,调查研究,接受一些先进国家的教训,对我们今后工作是很有益的。
参考文献:
1. Combustion, Flame & Explosions of Gases Bernard Lewis & Guenther von Elbe
Explosives and Physical Science Division, U.S. Bureau of Mines, Pittsburgh, Pa.. 1961
2. 燃气燃烧及应用 同济大学 中国建筑工业出版社 1996
3. 燃气输配 哈尔滨建工学院 中国建筑工业出版社 1998
4. 燃气测试技术手册 金志刚 天津大学出版社 1994
5. 城市煤气情报 1978~1984