钢铁企业固定式煤气报警器规范安装的详细探讨

展之发 李敬 沈星 陈美龄

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司 武汉 430081)

冶金煤气主要成分一氧化碳是可燃性气体，泄漏时能与人体血红蛋白结合引起缺氧，较高浓度时可致人死亡，当发生持续性泄漏或积聚时，遇火源可能引发火灾甚至煤气爆炸事故。也正因此，钢铁企业在所有涉及煤气的工作场所，规范性设置固定式煤气报警器，开展实时监测，及时预报煤气泄漏并第一时间进行处理至关重要。文章综合现行国家标准和行业现状，以实现事故预防为首要目的，就钢铁企业煤气报警器安装位置、安装高度、与释放源水平距离以及报警器检测覆盖范围等进行详细探讨。

《冶金企业和有色金属企业安全生产规定》第三十二条规定：在可能发生煤气泄漏、聚集的场所，设置固定式煤气检测报警仪和安全警示标志[1]；同时，原国家安监总局文件《关于进一步加强冶金企业煤气安全技术管理的有关规定》第2条，也明确列举了应当设置固定式煤气报警装置的典型煤气危险区域。此外，钢铁企业适用的现行安全标准，如煤气安全规程和炼铁、炼钢、轧钢、焦化等安全标准都在相应条款中，规定了设置固定式煤气报警器的具体地点，同时部分条款还规定，现场报警器的信号应传输至有人值守的控制室，或与所处场所的事故通风系统进行联锁。相关企业应严格执行，以便第一时间采取处置措施。

《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》(GBZ/T 223—2009)第3节明确了设置有毒气体报警器的术语定义。一是释放源，即可能泄漏、挥发和扩散有毒气体的设施或场所[2]。就钢铁企业而言，如高炉本体和高炉、转炉及焦炉煤气净化、储存、加压混合等区域都是典型的煤气释放源；二是释放点，即在释放源中可能释放有毒气体的部位或地点，钢铁企业如高炉炉体外壳、风口平台、转炉炉口以上各操作平台，氧枪氮气密封孔，料仓加料孔以及轧钢加热炉炉顶和炉门位置，煤气加压机进出口阀门、轴封处、煤气管道等的各类法兰、阀门处，煤气除尘器卸灰口、熔融金属罐体烘烤器等处都是典型的煤气释放点[2]。

由此，钢铁企业现场安装固定式煤气报警器的实际位置，应是各对应地点或岗位，也即煤气释放点。

《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》(GBZ/T 223—2009)第4.2节规定：室内检测报警点设在距释放点1 m以内；室外设在距释放点2 m以内[2]。考虑到钢铁企业高炉、转炉、加热炉及煤气回收净化系统等大部分煤气设施普遍存在高温且粉尘量较大的现实情况，保持与释放点1～2 m尤其是室内环境控制1 m以内的安装要求，可能会对报警器的使用寿命、信号传输等造成负面影响。由此，为有效确保报警器安装后运行正常，经查阅《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)，其4.2节规定：释放源处于露天或敞开式厂房布置的设备区域内，有毒气体报警器距其覆盖范围的任一释放源的水平距离不宜大于4 m；当处于封闭式厂房或局部通风不良的半敞开厂房内，有毒气体探测器与其覆盖范围的任一释放源的水平距离不宜大于2 m[3]。

综合以上，考虑到钢铁企业设置固定式煤气报警器的数量和维护工作量庞大，且大部分设置在封闭式厂房内部的现实情况，建议报警器安装地点与释放点的水平距离应结合现场实际，且应优先参考《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)的建议性条款。如封闭式高炉厂房，烧结、炼钢、轧钢及焦炉地下室等厂房内安装位置，与释放点水平距离不宜大于2 m；如小型高炉厂房风口平台以上区域(均处于露天环境)，以及室外布置的各类煤气除尘器、抽气机、加压机、管道阀门等，与释放点水平间距不宜大于4 m。

2.3.1 现行标准关于安装高度的原则规定

《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》(GBZ/T 223—2009)第4.2节规定：当有毒气体密度大于空气密度时，报警器安装高度应低于释放点；反之，应高出释放点[2]。本条款仅是原则性规定，对于实际操作的指导性不足，需要结合现场细化。

为进一步梳理安装高度要求，经查阅《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)第6.1.2条规定：检测比空气重的有毒气体时，报警器安装高度宜距地坪(或楼地板)0.3～0.6 m；检测比空气轻的有毒气体时，宜在释放源上方2.0 m内；检测比空气略重的有毒气体时，宜在释放源下方0.5～1.0 m；检测比空气略轻的有毒气体时，宜高出释放源0.5～1.0 m[3]。

经对照分析，本条款表述的释放源应是 “释放点”，且相关要求均使用“宜”而非“应”，属于非强制标准的非强制性条款，重在提出指导性意见。而对于现场规范执行，首先应了解不同煤气的相对密度，即是重于空气或是轻于空气。

2.3.2 煤气的相对密度(比空气轻或重的划分)

判断煤气比空气轻或重具体有3个标准可以参考。

(1)《工业企业干式煤气柜安全技术规范》(GB 51066—2014)第4.1.2条释义中明确：煤气的相对密度=煤气密度/空气密度，相对密度大于0.75即比空气重，否则比空气轻[4]。

(2)《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058—2014)第2.0.25条规定：气体相对密度大于1.2属于重于空气；第2.0.26条规定，气体相对密度小于0.8属于轻于空气。关于“相对密度”的表述，在其第3.3.1条的条文释义中明确：本规范对气体相对密度大于1.2认为比空气重，小于0.8则比空气轻，对于在0.8～1.2之间的气体，如一氧化碳、乙烯、甲醇、甲胺、乙烷、乙炔等，在工程设计中作为相对密度比空气重的物质[5]。

(3)《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)第4.1.2条规定：判定泄漏气体介质是否比空气重，应以泄漏气体的分子量与环境空气的分子量的比值为基准，并应按下列原则判别：当比值大于或等于1.2时，则泄漏的气体重于空气；当比值大于或等于1.0且小于1.2时，则泄漏的气体为略重于空气；当比值为0.8～1.0时，则泄漏的气体为略轻于空气；当比值小于或等于0.8时，则泄漏的的气体轻于空气[3]。经查询本标准2009年版本，其第6.1.1条规定：气体密度大于0.97 kg/m3的即比空气重；气体密度小于0.97 kg/m3的即比空气轻。经分析，可以理解为其选取了相对密度为0.75作为比空气重或轻的判定基准。

为了找到前后版本的变化原因，经查阅《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)解读资料，新版本是考虑温度和海拔对气体的密度影响较大，为了方便判断泄漏气体介质是否比空气重，使用其分子量与当地空气分子量的相对比值作为判据。但实际情况是，钢铁企业各类煤气与空气一样，是混合性气体，除一氧化碳外，还包括氢气、氮气、二氧化碳、氧气、甲烷等，所有组分在泄漏初始时间，即报警器响应时间30 s内不会因分子量差异发生明显分层，所以钢铁企业使用煤气相对密度而非一氧化碳分子量来指导报警器的安装高度，更符合实际操作。

考虑到《爆炸危险环境电力装置设计规范》(GB 50058—2014)是煤气等爆炸性气体环境防范爆炸事故的电气类基础标准，同时在与《工业企业干式煤气柜安全技术规范》(GB 51066—2014)和《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)新旧版本进行综合分析的基础上，以相对密度大于等于0.8作为判定煤气比空气重或轻的基准，更为客观也更具有指导一线操作的可行性，同时也与《工业企业干式煤气柜安全技术规范》(GB 51066—2014)所述煤气工程设计和爆炸性煤气危险环境的防爆分区和电气装置的选型标准实现了统一。

钢铁企业主要煤气相对密度，见表1。

表1 钢铁企业常见煤气相对密度

空气密度1.293 kg/m3，综合表1可知：焦炉煤气比空气轻，高炉和转炉煤气比空气重，混合煤气应按实际混合后的相对密度确定。

2.3.3 安装高度的综合分析与建议

考虑到钢铁企业单一煤气设施，如高炉本体及煤气布袋除尘器，转炉和焦炉煤气净化系统以及轧钢退火炉等设施，约每3 m高度差内会设置一层贯穿煤气设施的整体工作平台，且上下相对分隔，同时单一平台内部不同高度差内可能存在如阀门、法兰、人孔等多个煤气释放点，如此若严格对照标准，现场安装将困难重重。

为此，在报警器响应时间≤30 s的硬件支持下，以煤气设施所在地面或单一操作平台地坪为基准，相对密度大于等于0.8的安装高度距地坪(或楼地板)0.3～0.6 m；小于0.8的安装高度距地坪(或楼地板)1.5～2.0 m，具有相应的可操作性和指导性。

大型煤气设施在钢铁企业比较普遍，如冷轧连续退火炉、炼铁布袋除尘系统等。其中，炼铁布袋除尘系统一般有十余个箱体，总长接近约30 m且各箱体各有1个煤气进、出管道，各管道至少又有切断阀、隔断装置和放散管等3个以上的煤气释放点。如此情形若严格执行小于4 m或2 m的布置规定，将会大幅增加总体投入和后期维护工作总量，且这类设施一般不安排人员值守，只是定期进行点巡检工作。对于此类情形，应当给出一个适宜的检测器覆盖范围，即报警器安装间距予以解决。

2.4.1 现行标准规定与探讨

遵照前文报警器与煤气设施释放点的水平距离探讨，参照《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T 50493—2019)规定：室外报警器距其覆盖范围任一释放源的水平间距不宜大于10 m；室内不宜大于5 m[3]。也即关于报警器覆盖范围的规定，是建议性条款而非强制，更多是指导性建议。为此，笔者查询了对应条款的释义：

(1)日本《一般高压气体安全规则》中液化石油气安全规则，关于“可燃气体及有毒气体的泄漏检测报警器的布置”规定：室内布置按设备群周围每10 m间距设1个检测器计算设置数量；室外布置应在设备群周围每20 m间距设1个检测器计算设置数量。分析日本的规定可以折算为：报警器有效覆盖半径室内为5 m室外为10 m。另据有关试验表明：在泄放量为5～10 L/min，连续释放5 min，检测器与泄放点的最灵敏范围为10 m以内，有效检测距离为20 m。

(2)按国家标准《作业场所环境气体检测报警仪 通用技术要求》(GB 12358—2006)，有毒气体泄漏30 s应报警响应，取日本室内外有毒气体平均扩散距离7.5 m。参照日本室外是室内2倍的规定，室外布置报警器的有效覆盖半径为15 m。

综合以上，针对大型煤气设施区域地坪或同一操作平台，以室内5～7.5 m、室外为10～15 m作为报警器之间的安装间距，是有章可循的，但也应综合第3.4.2节特殊场所的适用规定和报警器自身性能指标能够达到的覆盖半径参数，进行综合确定。

2.4.2 特殊场所的报警器设置规定与分析

《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》(GBZ/T 223—2009)第4.1.4条规定：已知空气中有毒气体浓度经常和持续超过报警设定值的特殊场所，可不设立固定式有毒气体检测报警点，如因工作需要进入工作场所，有关人员应配备便携式有毒气体检测报警仪及有效的个体防护用品[2]。第4.1.5条规定：一般情况，应设置有毒气体检测报警仪的场所，宜采用固定式，当没有必要或不具备设置固定式的条件时，应配置移动式或便携式检测报警仪，另外，安全巡检和事故检查也宜使用便携式检测报警仪[2]。

依据上述规定，在钢铁企业内普遍共识的，已知一氧化碳浓度时常和持续超过接触限值的特殊场所，如高炉风口以上个别平台，转炉炉口以上个别平台和焦炉炉顶集气管平台及临近区域等，对此类场所，做到环境中的一氧化碳实时监测是首要和必须性工作，但也应避免严格对照指导性条款而引发的数量庞大的报警器长期、集中、连续报警而一定程度影响安全生产。由此，建议仅在通往此类设施的各层平台的所有楼梯入口处，安装固定式煤气报警器，不再严格按照第3.4.1条所述的参考覆盖半径在每层平台大量设置，也包括自动化水平较高的冷轧连续退火炉等煤气设施，而当日常巡检时，所有进入人员应当使用便携式报警器，以确保人身安全。

(1)应按安全法规标准要求，在已明确规定的地点和岗位规范性安装报警器。

(2)在保证报警器正常运行的必须环境条件下，安装位置距离释放点水平距离：封闭式厂房内不宜大于2 m；露天和敞开式环境时不宜大于4 m。

(3)高炉和转炉煤气报警器安装高度距地坪(或楼地板)0.3～0.6 m；焦炉煤气报警器距地坪(或楼地板)1.5～2.0 m为宜；混合煤气按实际混合后的相对密度执行。

(4)大型煤气设施区域内的报警器间距，以室内环境10～15 m，室外环境为20～30 m为宜。

(5)特殊煤气场所应结合《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》(GBZ/T 223—2009)的规定，在通往此类设施的各层平台的所有楼梯入口处(一般为2个通道)安装固定式报警器。日常巡检时，进入人员必须使用便携式报警器。

工业安全与环保2021年4期