DOW 評價分析法的在工業(yè)窯爐的應(yīng)用研究

濱州盟威戴卡輪轂有限公司 曹汝森

工業(yè)窯爐作為一種應(yīng)用十分廣泛的熱工加熱設(shè)備，其主要功能是對物料或工件進(jìn)行冶煉、焙燒、燒結(jié)、熔化、加熱等。按照供熱方式，人們通常將工業(yè)爐窯分為兩類：一類是燃料爐窯，通過燃料（固體、液體或氣體燃料）的燃燒利用窯爐內(nèi)的燃燒熱量對工件或金屬進(jìn)行加熱；另一類是電窯爐，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行工件或金屬的加熱。本文試?yán)玫阑瘜W(xué)分析法對第一類工業(yè)窯爐火災(zāi)爆炸危險性進(jìn)行研究分析。

■工業(yè)窯爐爆炸危險性分析

第一類工業(yè)窯爐的火災(zāi)爆炸危險性主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）燃料的易燃易爆性

目前在環(huán)保和安全雙重監(jiān)管下，絕大多數(shù)工業(yè)窯爐以天然氣為燃料對工件和金屬加熱。天然氣屬于易燃?xì)怏w，爆炸極限5%～14%，最小點(diǎn)火能0.28mJ，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。天然氣這些特點(diǎn)都增加了工業(yè)窯爐的火災(zāi)爆炸的危險性。

（2）高溫熔融金屬的爆炸性

熔融金屬的爆炸通常發(fā)生于金屬冶煉環(huán)節(jié)，此類事故一般會伴有高溫灼燙、機(jī)械傷害、爆炸等次生事故。高溫熔融金屬爆炸性屬于物理爆炸，其原理是當(dāng)液態(tài)的高溫金屬遇到水時，金屬急速固化釋放出大量的熱，同時釋放熱引起水的汽化，汽化的高溫水蒸氣瞬時膨脹，最終導(dǎo)致爆炸事故。如2017 年濱州8.19 鋁水爆炸事故，魏橋創(chuàng)業(yè)集團(tuán)鋁母線鑄造分廠發(fā)生鋁水爆炸傷人事故，最終造成20 人死亡，59 人受傷（重傷13 人），直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)665 萬元。

（3）工業(yè)窯爐應(yīng)急的復(fù)雜性

綜合考慮工業(yè)窯爐的消防救援，既有天然的易燃易爆和毒性，又有熔融金屬的遇水爆炸性。應(yīng)急救援的復(fù)雜性對救援方法、救援器材、救援人員、救援程序、人員意識、技能水平等提出了更高的要求。工業(yè)窯爐作為企業(yè)安全管理的難點(diǎn)和重點(diǎn)，探究工業(yè)窯爐火災(zāi)爆炸危險性、預(yù)估企業(yè)損失、為后續(xù)管理提供可借鑒的依據(jù)具有積極意義。

■評價方法選擇簡介

道化學(xué)（DOW）評價法，即火災(zāi)與爆炸危險指數(shù)法，是道化學(xué)公司最早提出、最早開發(fā)、應(yīng)用最為廣泛的綜合評價方法。道化學(xué)評價法是利用工藝過程中的物質(zhì)、設(shè)備等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,求出其火災(zāi)爆炸的潛在危險的定性評價法。

道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)評價方法的特點(diǎn)是:

（1）整個評價是基于對物質(zhì)危險性和工藝過程危險性的評價，一定程度上能夠反映系統(tǒng)的最大潛在危險，預(yù)測事故導(dǎo)致的危害程度與停產(chǎn)損失。

（2）雖然評價過程中將以往工作經(jīng)驗(yàn)量化為數(shù)據(jù)，但道化學(xué)評價法仍屬于定性評價。

（3）道化學(xué)評價法是根據(jù)系統(tǒng)中物質(zhì)、工藝的危險性評價的，未考慮人、環(huán)境、管理三方面的因素，在后期管理過程中需進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險辨識。

■火災(zāi)爆炸指數(shù)法的評價

火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法如圖1 所示。

圖1 火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法

■火災(zāi)爆炸指數(shù)法的實(shí)施

本文以公司T 型窯爐為評價單元來進(jìn)行分析，T 窯爐的主要作用是以天然氣為燃料進(jìn)行金屬（A356）的融化。T 窯爐熔煉過程涉及危險物質(zhì)包括天然氣、熔融態(tài)金屬。本文創(chuàng)新性的將熔融態(tài)的金屬作為一種化學(xué)物質(zhì)來進(jìn)行探究，以期獲得對窯爐較為完整有效的火災(zāi)爆炸危險性的評價結(jié)果。

（1）確定天然氣、熔融金屬的物質(zhì)系數(shù)

天然氣物質(zhì)系數(shù)的確定，由于天然氣主要成分(80%以上）是CH4,CH4根據(jù)DOW 化學(xué)評價法（第七版）物質(zhì)系數(shù)和特性表查的數(shù)值為21。

熔融金屬的物質(zhì)系數(shù)確定,則需要根據(jù)他的易燃危險性系數(shù)NF 和反應(yīng)危險性系數(shù)NR 按照NFPA325M 確定，并依照溫度修正后確定物質(zhì)系數(shù),最終求得物質(zhì)系數(shù)為14。熔融金屬A356 物質(zhì)系數(shù)的確定如表1 所示。

表1 熔融金屬A356 物質(zhì)系數(shù)的確定

（2）計(jì)算窯爐單元的危險系數(shù)和火災(zāi)、爆炸指數(shù)。工業(yè)窯爐火災(zāi)爆炸指數(shù)計(jì)算表如表2 所示。

表2 T 工業(yè)窯爐火災(zāi)爆炸指數(shù)計(jì)算表

（3）確定安全措施補(bǔ)償系數(shù)。安全措施補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算表如表3 所示。

表3 安全措施補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算表

（續(xù)）

（4）評價單元危險等級的確定。危險等級補(bǔ)償前后對照表如表4 所示。

表4 危險等級補(bǔ)償前后對照表

根據(jù)火災(zāi)爆炸指數(shù)分級表（表5）熔融金屬、天然氣的火災(zāi)爆炸危險性在采取安全措施后，危險等級發(fā)生了明顯變化，最終火災(zāi)爆炸直接判定為較輕，屬于可控范圍。但是暴露區(qū)域的大小同樣表明事故發(fā)生時會影響的區(qū)域的大小。為準(zhǔn)確評價影響區(qū)域的大小，結(jié)合實(shí)際情況建立以暴露區(qū)域?yàn)榈酌娣e，以暴露半徑為高的柱狀數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)模型可以較為直觀的表面工業(yè)窯爐單元所處環(huán)境承受風(fēng)險的大小。

表5 F&EI 與危險等級分類

■結(jié)束語

利用道化學(xué)評價法在對工業(yè)窯爐的火災(zāi)爆炸危險性進(jìn)行評價發(fā)現(xiàn)，采取一定的安全措施后，熔融金屬、天然氣的爆炸半徑、爆炸體積明顯降低，降低幅度約44%左右。評價危險等級將為較輕。綜合評價工業(yè)窯爐的火災(zāi)爆炸危險性雖然明顯降低，但仍需要加強(qiáng)管控、加大應(yīng)急演練的力度、不斷提高人員的操作技能。假設(shè)由于熔融金屬泄露爆炸引發(fā)天然氣爆炸，現(xiàn)場則不得使用消防水、消防水霧、泡沫滅火器等措施，與此同時還需要加強(qiáng)救援人員的個體防護(hù)能力。

相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，消防救援設(shè)備的不斷更新，在不斷增強(qiáng)防火設(shè)施的情況下，工業(yè)窯爐的火災(zāi)爆炸的損失可以進(jìn)一步降低。