鋼鐵企業固定式煤氣報警器規范安裝的詳細探討

展之發 李敬 沈星 陳美齡

(中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司 武漢 430081)

0 引言

冶金煤氣主要成分一氧化碳是可燃性氣體，泄漏時能與人體血紅蛋白結合引起缺氧，較高濃度時可致人死亡，當發生持續性泄漏或積聚時，遇火源可能引發火災甚至煤氣爆炸事故。也正因此，鋼鐵企業在所有涉及煤氣的工作場所，規范性設置固定式煤氣報警器，開展實時監測，及時預報煤氣泄漏并第一時間進行處理至關重要。文章綜合現行國家標準和行業現狀，以實現事故預防為首要目的，就鋼鐵企業煤氣報警器安裝位置、安裝高度、與釋放源水平距離以及報警器檢測覆蓋范圍等進行詳細探討。

1 設置報警器的法規標準規定

《冶金企業和有色金屬企業安全生產規定》第三十二條規定：在可能發生煤氣泄漏、聚集的場所，設置固定式煤氣檢測報警儀和安全警示標志[1]；同時，原國家安監總局文件《關于進一步加強冶金企業煤氣安全技術管理的有關規定》第2條，也明確列舉了應當設置固定式煤氣報警裝置的典型煤氣危險區域。此外，鋼鐵企業適用的現行安全標準，如煤氣安全規程和煉鐵、煉鋼、軋鋼、焦化等安全標準都在相應條款中，規定了設置固定式煤氣報警器的具體地點，同時部分條款還規定，現場報警器的信號應傳輸至有人值守的控制室，或與所處場所的事故通風系統進行聯鎖。相關企業應嚴格執行，以便第一時間采取處置措施。

2 現行標準明確的安裝要求和實施建議

2.1 煤氣釋放源(點)和煤氣設施的對應性探討

《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》(GBZ/T 223—2009)第3節明確了設置有毒氣體報警器的術語定義。一是釋放源，即可能泄漏、揮發和擴散有毒氣體的設施或場所[2]。就鋼鐵企業而言，如高爐本體和高爐、轉爐及焦爐煤氣凈化、儲存、加壓混合等區域都是典型的煤氣釋放源；二是釋放點，即在釋放源中可能釋放有毒氣體的部位或地點，鋼鐵企業如高爐爐體外殼、風口平臺、轉爐爐口以上各操作平臺，氧槍氮氣密封孔，料倉加料孔以及軋鋼加熱爐爐頂和爐門位置，煤氣加壓機進出口閥門、軸封處、煤氣管道等的各類法蘭、閥門處，煤氣除塵器卸灰口、熔融金屬罐體烘烤器等處都是典型的煤氣釋放點[2]。

由此，鋼鐵企業現場安裝固定式煤氣報警器的實際位置，應是各對應地點或崗位，也即煤氣釋放點。

2.2 報警器與煤氣釋放點的水平距離探討

《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》(GBZ/T 223—2009)第4.2節規定：室內檢測報警點設在距釋放點1 m以內；室外設在距釋放點2 m以內[2]。考慮到鋼鐵企業高爐、轉爐、加熱爐及煤氣回收凈化系統等大部分煤氣設施普遍存在高溫且粉塵量較大的現實情況，保持與釋放點1～2 m尤其是室內環境控制1 m以內的安裝要求，可能會對報警器的使用壽命、信號傳輸等造成負面影響。由此，為有效確保報警器安裝后運行正常，經查閱《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)，其4.2節規定：釋放源處于露天或敞開式廠房布置的設備區域內，有毒氣體報警器距其覆蓋范圍的任一釋放源的水平距離不宜大于4 m；當處于封閉式廠房或局部通風不良的半敞開廠房內，有毒氣體探測器與其覆蓋范圍的任一釋放源的水平距離不宜大于2 m[3]。

綜合以上，考慮到鋼鐵企業設置固定式煤氣報警器的數量和維護工作量龐大，且大部分設置在封閉式廠房內部的現實情況，建議報警器安裝地點與釋放點的水平距離應結合現場實際，且應優先參考《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)的建議性條款。如封閉式高爐廠房，燒結、煉鋼、軋鋼及焦爐地下室等廠房內安裝位置，與釋放點水平距離不宜大于2 m；如小型高爐廠房風口平臺以上區域(均處于露天環境)，以及室外布置的各類煤氣除塵器、抽氣機、加壓機、管道閥門等，與釋放點水平間距不宜大于4 m。

2.3 報警器現場安裝的垂直高度探討

2.3.1 現行標準關于安裝高度的原則規定

《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》(GBZ/T 223—2009)第4.2節規定：當有毒氣體密度大于空氣密度時，報警器安裝高度應低于釋放點；反之，應高出釋放點[2]。本條款僅是原則性規定，對于實際操作的指導性不足，需要結合現場細化。

為進一步梳理安裝高度要求，經查閱《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)第6.1.2條規定：檢測比空氣重的有毒氣體時，報警器安裝高度宜距地坪(或樓地板)0.3～0.6 m；檢測比空氣輕的有毒氣體時，宜在釋放源上方2.0 m內；檢測比空氣略重的有毒氣體時，宜在釋放源下方0.5～1.0 m；檢測比空氣略輕的有毒氣體時，宜高出釋放源0.5～1.0 m[3]。

經對照分析，本條款表述的釋放源應是 “釋放點”，且相關要求均使用“宜”而非“應”，屬于非強制標準的非強制性條款，重在提出指導性意見。而對于現場規范執行，首先應了解不同煤氣的相對密度，即是重于空氣或是輕于空氣。

2.3.2 煤氣的相對密度(比空氣輕或重的劃分)

判斷煤氣比空氣輕或重具體有3個標準可以參考。

(1)《工業企業干式煤氣柜安全技術規范》(GB 51066—2014)第4.1.2條釋義中明確：煤氣的相對密度=煤氣密度/空氣密度，相對密度大于0.75即比空氣重，否則比空氣輕[4]。

(2)《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB 50058—2014)第2.0.25條規定：氣體相對密度大于1.2屬于重于空氣；第2.0.26條規定，氣體相對密度小于0.8屬于輕于空氣。關于“相對密度”的表述，在其第3.3.1條的條文釋義中明確：本規范對氣體相對密度大于1.2認為比空氣重，小于0.8則比空氣輕，對于在0.8～1.2之間的氣體，如一氧化碳、乙烯、甲醇、甲胺、乙烷、乙炔等，在工程設計中作為相對密度比空氣重的物質[5]。

(3)《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)第4.1.2條規定：判定泄漏氣體介質是否比空氣重，應以泄漏氣體的分子量與環境空氣的分子量的比值為基準，并應按下列原則判別：當比值大于或等于1.2時，則泄漏的氣體重于空氣；當比值大于或等于1.0且小于1.2時，則泄漏的氣體為略重于空氣；當比值為0.8～1.0時，則泄漏的氣體為略輕于空氣；當比值小于或等于0.8時，則泄漏的的氣體輕于空氣[3]。經查詢本標準2009年版本，其第6.1.1條規定：氣體密度大于0.97 kg/m3的即比空氣重；氣體密度小于0.97 kg/m3的即比空氣輕。經分析，可以理解為其選取了相對密度為0.75作為比空氣重或輕的判定基準。

為了找到前后版本的變化原因，經查閱《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)解讀資料，新版本是考慮溫度和海拔對氣體的密度影響較大，為了方便判斷泄漏氣體介質是否比空氣重，使用其分子量與當地空氣分子量的相對比值作為判據。但實際情況是，鋼鐵企業各類煤氣與空氣一樣，是混合性氣體，除一氧化碳外，還包括氫氣、氮氣、二氧化碳、氧氣、甲烷等，所有組分在泄漏初始時間，即報警器響應時間30 s內不會因分子量差異發生明顯分層，所以鋼鐵企業使用煤氣相對密度而非一氧化碳分子量來指導報警器的安裝高度，更符合實際操作。

考慮到《爆炸危險環境電力裝置設計規范》(GB 50058—2014)是煤氣等爆炸性氣體環境防范爆炸事故的電氣類基礎標準，同時在與《工業企業干式煤氣柜安全技術規范》(GB 51066—2014)和《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)新舊版本進行綜合分析的基礎上，以相對密度大于等于0.8作為判定煤氣比空氣重或輕的基準，更為客觀也更具有指導一線操作的可行性，同時也與《工業企業干式煤氣柜安全技術規范》(GB 51066—2014)所述煤氣工程設計和爆炸性煤氣危險環境的防爆分區和電氣裝置的選型標準實現了統一。

鋼鐵企業主要煤氣相對密度，見表1。

表1 鋼鐵企業常見煤氣相對密度

空氣密度1.293 kg/m3，綜合表1可知：焦爐煤氣比空氣輕，高爐和轉爐煤氣比空氣重，混合煤氣應按實際混合后的相對密度確定。

2.3.3 安裝高度的綜合分析與建議

考慮到鋼鐵企業單一煤氣設施，如高爐本體及煤氣布袋除塵器，轉爐和焦爐煤氣凈化系統以及軋鋼退火爐等設施，約每3 m高度差內會設置一層貫穿煤氣設施的整體工作平臺，且上下相對分隔，同時單一平臺內部不同高度差內可能存在如閥門、法蘭、人孔等多個煤氣釋放點，如此若嚴格對照標準，現場安裝將困難重重。

為此，在報警器響應時間≤30 s的硬件支持下，以煤氣設施所在地面或單一操作平臺地坪為基準，相對密度大于等于0.8的安裝高度距地坪(或樓地板)0.3～0.6 m；小于0.8的安裝高度距地坪(或樓地板)1.5～2.0 m，具有相應的可操作性和指導性。

2.4 大型煤氣設施報警器安裝間距的規定與探討

大型煤氣設施在鋼鐵企業比較普遍，如冷軋連續退火爐、煉鐵布袋除塵系統等。其中，煉鐵布袋除塵系統一般有十余個箱體，總長接近約30 m且各箱體各有1個煤氣進、出管道，各管道至少又有切斷閥、隔斷裝置和放散管等3個以上的煤氣釋放點。如此情形若嚴格執行小于4 m或2 m的布置規定，將會大幅增加總體投入和后期維護工作總量，且這類設施一般不安排人員值守，只是定期進行點巡檢工作。對于此類情形，應當給出一個適宜的檢測器覆蓋范圍，即報警器安裝間距予以解決。

2.4.1 現行標準規定與探討

遵照前文報警器與煤氣設施釋放點的水平距離探討，參照《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》(GB/T 50493—2019)規定：室外報警器距其覆蓋范圍任一釋放源的水平間距不宜大于10 m；室內不宜大于5 m[3]。也即關于報警器覆蓋范圍的規定，是建議性條款而非強制，更多是指導性建議。為此，筆者查詢了對應條款的釋義：

(1)日本《一般高壓氣體安全規則》中液化石油氣安全規則，關于“可燃氣體及有毒氣體的泄漏檢測報警器的布置”規定：室內布置按設備群周圍每10 m間距設1個檢測器計算設置數量；室外布置應在設備群周圍每20 m間距設1個檢測器計算設置數量。分析日本的規定可以折算為：報警器有效覆蓋半徑室內為5 m室外為10 m。另據有關試驗表明：在泄放量為5～10 L/min，連續釋放5 min，檢測器與泄放點的最靈敏范圍為10 m以內，有效檢測距離為20 m。

(2)按國家標準《作業場所環境氣體檢測報警儀 通用技術要求》(GB 12358—2006)，有毒氣體泄漏30 s應報警響應，取日本室內外有毒氣體平均擴散距離7.5 m。參照日本室外是室內2倍的規定，室外布置報警器的有效覆蓋半徑為15 m。

綜合以上，針對大型煤氣設施區域地坪或同一操作平臺，以室內5～7.5 m、室外為10～15 m作為報警器之間的安裝間距，是有章可循的，但也應綜合第3.4.2節特殊場所的適用規定和報警器自身性能指標能夠達到的覆蓋半徑參數，進行綜合確定。

2.4.2 特殊場所的報警器設置規定與分析

《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》(GBZ/T 223—2009)第4.1.4條規定：已知空氣中有毒氣體濃度經常和持續超過報警設定值的特殊場所，可不設立固定式有毒氣體檢測報警點，如因工作需要進入工作場所，有關人員應配備便攜式有毒氣體檢測報警儀及有效的個體防護用品[2]。第4.1.5條規定：一般情況，應設置有毒氣體檢測報警儀的場所，宜采用固定式，當沒有必要或不具備設置固定式的條件時，應配置移動式或便攜式檢測報警儀，另外，安全巡檢和事故檢查也宜使用便攜式檢測報警儀[2]。

依據上述規定，在鋼鐵企業內普遍共識的，已知一氧化碳濃度時常和持續超過接觸限值的特殊場所，如高爐風口以上個別平臺，轉爐爐口以上個別平臺和焦爐爐頂集氣管平臺及臨近區域等，對此類場所，做到環境中的一氧化碳實時監測是首要和必須性工作，但也應避免嚴格對照指導性條款而引發的數量龐大的報警器長期、集中、連續報警而一定程度影響安全生產。由此，建議僅在通往此類設施的各層平臺的所有樓梯入口處，安裝固定式煤氣報警器，不再嚴格按照第3.4.1條所述的參考覆蓋半徑在每層平臺大量設置，也包括自動化水平較高的冷軋連續退火爐等煤氣設施，而當日常巡檢時，所有進入人員應當使用便攜式報警器，以確保人身安全。

3 結論

(1)應按安全法規標準要求，在已明確規定的地點和崗位規范性安裝報警器。

(2)在保證報警器正常運行的必須環境條件下，安裝位置距離釋放點水平距離：封閉式廠房內不宜大于2 m；露天和敞開式環境時不宜大于4 m。

(3)高爐和轉爐煤氣報警器安裝高度距地坪(或樓地板)0.3～0.6 m；焦爐煤氣報警器距地坪(或樓地板)1.5～2.0 m為宜；混合煤氣按實際混合后的相對密度執行。

(4)大型煤氣設施區域內的報警器間距，以室內環境10～15 m，室外環境為20～30 m為宜。

(5)特殊煤氣場所應結合《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規范》(GBZ/T 223—2009)的規定，在通往此類設施的各層平臺的所有樓梯入口處(一般為2個通道)安裝固定式報警器。日常巡檢時，進入人員必須使用便攜式報警器。