煤气安全基础知识

-1-煤气安全基础知识2012年7月-2-第一章煤气种类及特性第一节煤气的种类工业上所讲的煤气，是指含有H2、CH4和CO等多种可燃气体成份的混合气体。我国煤气种类是按其形成原因进行分类的，包括天然气、人工煤气、液化石油气三种。天然气的主要成份是甲烷（CH4），按其含量的不同，天然气又分为气油气（纯天然气）、油田伴生气和煤矿矿井气三种。人工煤气主要成份是一氧化碳（CO），按照制气原料和方法的不同，又分为三种：1、固体燃料干馏煤气，如焦炉煤气；2、固体燃料气化煤气，如水煤气；3、油制气。液化石油气是开采和特制石油过程中的副产品，主要组成成份有丙烷、丙烯、正异丁烷、正异丁烯。工业煤气主要指的是人工煤气，如高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气，发生炉煤气、铁合金炉煤气。第二节煤气的性质一、煤气成份成份（%）煤气种类COCO2H2CH4N2O2CmHn高炉煤气23-3016-182-40.2-0.551-56＜0.81焦炉煤气5-81.5-355-6023-283-50.4-0.82-4转炉煤气60-7015-20＜1.510-20＜2二、煤气的理化性质特性类别主要性质爆炸极限（%）着火温度（℃）热值（KJ/m3)理论燃烧温度（℃）比重高炉煤气剧毒、易燃、易爆、无色、无味46-687303349-418715000.9-1.1焦炉煤气有毒、易燃、易爆、无色、有味5.6-30.4550-65016800-1890021500.3623转炉煤气剧毒、易燃、易爆、无色、无味20.3-71.55306800-100001.04-3-高炉煤气特点表现在以下三方面：1、含有CO等可燃物质，有剧毒却无色无味，比重接近空气比重；2、热值较低、燃烧温度也低，爆炸下限较高；3、煤气中含有大量水份（一般为50-80g/m3），水份能降低煤气热值，在流速较快的情况下进入燃烧室还可引发爆炸事故。焦炉煤气特点表现在以下三方面：1、含CO有毒，还含有氨和苯等有毒气体，但有焦油味，比重较轻；2、易燃易爆，爆炸下限极低，一旦泄漏与空气中的O2混合极易形成爆炸性混合气体；3、热值高，由于煤气中H2、CH4和CmHn的含量之和高达80.2%-88.6%，因此有很高的热值。转炉煤气特点表现在以下三方面：1、CO含量较高，剧毒；2、无色无味；3、比重略重于空气比重，泄漏后不易上升扩散而附着在地表。第三节煤气的危害一、中毒煤气中的CO成份，是造成人身煤气中毒的根本性成份。基本概念是：煤气中毒＝一氧化碳中毒CO气体对人体的危害属于血液窒息性气体，少量的CO气体存在被人体吸入，便可对人体各组织器官造成损害，而煤气中的CO含量都比较高，大大超出了人体的所能承受的极限。二、着火和爆炸煤气是由一些单一气体混合而成，分为可燃气体、不可燃气体和助燃气体三部分。成份分别是：可燃气体成份：CO、H2、CH4、CmHn不可燃气体成份：CO2、N2助燃气体成份：O2煤气中可燃气体成份是形成煤气着火和爆炸的成份，可燃气体成份一旦与空气中的氧混合达到一定比例时，在无限空间遇火源可发生着火事故，在局限空间内遇火源可发生爆炸事故。-4-三、腐蚀和磨损1、腐蚀煤气中的硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）及氧气（O2），是煤气设备设施产生腐蚀性的主要成份。因为H2S、CO2在水中呈酸性，O2在水中则具有氧化性腐蚀，所以降低煤气中的水份，是减轻煤气对设备管道腐蚀的基本方法。2、磨损煤气中的含尘量在荒煤气时较高，干式除尘后的含尘量也在10%-15%以上，在流速的驱动下，能对设备和管道的拐弯部位和煤气流动易产生摩擦的部位造成磨损，使壁厚变薄甚至出现孔洞，煤气外泄。设计上的合理性是减轻煤气磨损的根本方法。第二章煤气常用的计算及概念第一节煤气浓度的表示方法及相互换算一、煤气浓度的表示方法1、重量、体积混合表示法。用每立方米空气中含有煤气的毫克数表示。符号：mg/m32、体积表示法。用每立方米空气中含有煤气的毫升数表示。因为一立方米等于一百万毫升，故常用百万分数表示。符号：ppm二、相互换算1、mg/m3与ppm的相互换算。可通过摩尔体积和一氧化碳的分子量进行换算。换算公式：mg/m3＝M×PPm或PPm＝mg/m3×22.422.4M式中：M——一氧化碳的分子量，M=2822.4——分子摩尔体积计算要快捷，可用比值的方法进行计算。比值为：1:0.8mg/m3=1PPm=0.82、体积百分数与mg/m3的换算。换算公式：mg/m3＝C×28×10×103或C＝M×22.4×﹪22.428×10×103式中：C=气体百分比浓度（当0.01%时，只取0.01）；M=mg/m3；28=一氧化碳分子量；22.4=分子摩尔体积；10=常数。-5-3、体积百分数与ppm的换算。换算公式：ppm＝C×106或C＝ppm×100×﹪106式中：C——体积百分数。4、不同单位表示同一数值的对照：30mg/m3=24ppm=0.0024%三、煤气卫生标准•一氧化碳CO最高容许浓度30mg/m3•甲烷CH4空气中浓度才有毒25-30%•硫化氢H2S最高容许浓度10mg/m3•苯C6H6（皮）最高容许浓度40mg/m3•二氧化碳CO2空气中浓度有危险1.25%•氧气O2空气中浓度不低于18%第二节煤气安全常用的符号和名词解释一、符号1、气体类一氧化碳：CO二氧化碳：CO2氢气：H2氮气：N2氧气：O2甲烷：CH4碳氢化合物：CmHn硫化氢：H2S氨：NH3苯：C6H62、单位类重量、体积混合表示法：mg/m3体积表示法：ppm体积百分数表示法：﹪速度：m/s温度（摄氏度）：℃压力表示法：①工程上一般用公斤力来表示压力，通常简称为公斤：1kgf(1kg)②帕：Pa③千帕：kPa④兆帕：MPa换算关系如下：1kgf(1kg)＝100000Pa＝100kPa＝0．1MPa二、名词解释1、名称类煤气：泛指一般的可燃气体。通常指由固体燃料（或重油）经干馏、气化或其它方法所获得的气体产物，主要成份为可燃气体。燃气：可燃气体的概称。也可指燃料燃烧后的高温气体。-6-温度：温标上的标度，表示物体冷热程度的物理量。物体温度的升高或降低，标志着物体内部分子热运动平均动能的增加或减少。压力：也称压强。单位面积上受到的垂直作用力，称为压力。气体的压力是分子紊乱运动对器壁频繁撞击的结果，其法定计量单位为帕[斯卡]（Pa）。表压力：以大气压力为基准算起的压力称表压力（表压），又称相对压力、计算压力。压力计测得的压力值一般是表压力。比重：煤气的质量与同等体积空气的质量之比。这时“比重”没有量纲，因而没有单位。介质：即媒介。物体系统在其间存在或物理过程（如力和能量的传递）在其间进行的物质。介质也可泛指一般物质。强度试验：为鉴定计算压力≥0.1MPa的煤气管道和设施在工作压力下能否产生不正常位移、变形、倒塌，以确保投运时的安全，需要在气密性试验前做强度试验。气密性试验：为确保煤气管道和实施有较高的密封性，需要在投运前按照国标《工业企业煤气安全规程》的规定，对煤气管道和设施做气密性试验。要求气密性试验的压力不应高于强度试验压力。可靠隔断装置：凡在系统无异常状况下，处于关闭、封止状态，其承受介质压力在设计允许范围，具有煤气不泄漏到隔断区域功能的装置称为“煤气可靠隔断装置”。目前，煤气可靠隔断装置只有（5种）：1、插板（预压式插板、叶形插板）；2、蝶阀或闸阀加水封；3、密封蝶阀或闸阀加眼睛阀；4、盲板。5、双板切断阀（平行双闸板切断阀、NK阀）。可靠接地：为防止煤气管道及其它设施因雷击、带电产生火花导致煤气着火和爆炸事故，必须可靠接地。对地电阻不得超过10Ω，煤气管道在300m范围内至少设置一处接地装置。水封击穿：当煤气压力超过排水器或水封器的有效高度（实际水封液面高度）时，水封作用失效，煤气冒出水封液面外泄，或进入被封止区域的现象。煤气排水器（也称冷凝水排水器）：由于煤气一般都处于水气饱和或含湿较高的状况下输送，且因管壁散热使温度渐降，部分水气凝结成水，并有酚、氰、萘、焦油、尘粒等随-7-水沉降，如不排除，将使管道载荷过重而坍塌、折断，造成严重事故。因此必须设置冷凝水排水器，并使其始终处于有效排放状况，同时又要能有效地封住煤气，防止煤气外泄或水封被击穿。煤气排水器分为单式和复式两种。水封有效高度：水封的有效高度为煤气计算压力至少加500mm，并应定期检查水封高度。2、现象类导热：是由物体内部分子和原子的微观运动所引起的一种热量转移方式。如热量从固体的高温部分传送到低温部分。导热在固体、液体和气体中都能发生。自燃：可燃物质不依靠外部提供的点火能量，自行氧化发热直至燃烧的现象。如含有焦炉煤气的设施内腐蚀沉积物自燃现象，主要是硫化氢与钢材起腐蚀作用，产生含有活性硫化铁的棕褐色海绵状物质氧化发热所致。扩散：由于微粒（分子、原子等）的热运动而产生的物质转移现象即为扩散，可由一种或多种物质在气、液或固相的同一相内或不同相内进行。它主要由于浓度差或温度差所引起，而以前者为较常见。一般从浓度较高的区域向较低的区域迁移，直到相内各部分的浓度达到均匀或两相间的浓度达到平衡为止。扩散速度在气体中最大，液体中次之，固体中最小。脱火和吹熄：在煤气燃烧过程中，如果煤气流速超过火焰传播速度，就会发生火焰脱离烧嘴燃烧的现象。如果煤气流速进一步加大，则会发生火焰被吹熄的现象。回火：煤气出口流速小于火焰传播速度，火焰就会回窜入出口内，造成煤气回火爆炸事故。第三章煤气中毒及预防和处置第一节煤气中毒概述我们通常所说的煤气中毒，实质指的是煤气中的CO中毒。因为煤气中的CO含量较高，而人体对CO的承受能力却极低，依据卫生标准，空气中煤气的容许浓度仅为30mg/m3=24ppm=0.0024%，尽管焦炉煤气中CO含量相对要低，但也在5%-8%，是卫生标准的千倍以上。一、CO中毒机理1、途径CO通过呼吸道进入人体内，吸入肺胞后，进行气体交换进入血液循环，与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白（HbCO）。-8-血红蛋白所能结合的CO数量，与它所能结合的氧（O2）数量相同，结合的部位亦相同，而且HbCO也与氧合血红蛋白（HbO2）一样是可以解离的化合物。当停止吸入CO，即肺胞气中的CO分压小于血液中的CO分压时，HbCO中的CO与血红蛋白解离，从血中逸出，随呼气排除体外。2、致毒机理CO是血液窒息性气体，其原因是：（1）CO的毒性作用是引起肌体组织的缺氧。CO对血红蛋白的亲和力远远大于O2对血红蛋白的亲和力，两者相差约240倍。CO能将HbO2中的O2排挤出去，自身与之结合，因此即使吸入空气中存在的少量CO，也能形成大量HbCO而造成全身性缺氧。例如空气中正常的含氧量为20.9%，当CO在吸入气中的浓度为正常空气含氧量的240分之一时（约为0.08%），就可生成与HbO2相等的HbCO（即占血红蛋白总数的一半），使全身一半的血液丧失了携氧功能。可见毒性之大。（2）HbCO虽然可以解离，但解离的速度较慢，相当于HbO2解离速度的1/3600左右，因此，一旦吸入CO后，其毒性作用持续的时间较长。当停止吸入CO后，吸入正常的空气，其血液循环中的HbCO减少一半所需时间约为320分钟（5小时20分钟），全部解离需一昼夜。如吸入O2可加快解离时间，排除一半吸入CO的时间减为80分钟，数小时内可全部解离。（3）HbCO不仅自身失去携氧功能，而且还可阻碍HbO2的解离，使其虽然携带氧，但不能释出供组织器官利用，从而更加重组织缺氧。（4）高浓度短时间大量吸入CO，可对细胞呼吸产生抑制作用。由于CO对二价铁的高度亲和力，也可进入细胞与二价铁的还原型细胞色素氧化酶结合，直接抑制细胞呼吸。CO还可以与肌体内其他含有二价铁物质结合（如血浆铁蛋白、肌红蛋白等），降低肌肉的储氧量，即使中毒者神志清醒，但全身乏力极为明显（没有自救能力）。（5）CO中毒受损最严重的是那些对缺氧最敏感的组织（如大脑、心脏、肺及消化系统、肾脏等）。CO是较容易引起后遗症的一种毒物，多在中毒后1-12日出现症状，并且可持续较长时间（数月或数年）；严重的器质性损伤，可使后遗症持续终生。