關(guān)于海錦鈦工程總圖運輸設計的探討

趙 軍

(貴陽鋁鎂設計研究院，貴州 貴陽550081)

關(guān)于海錦鈦工程總圖運輸設計的探討

趙 軍

(貴陽鋁鎂設計研究院，貴州 貴陽550081)

通過對海綿鈦工程總圖運輸設計的實踐，提出了海綿鈦工程在總圖運輸設計的特點和注意事項，確保工程設計的安全和環(huán)保。

海綿鈦工程;總圖運輸設計;總平面布置

0 引言

鈦是世界上用途最廣泛的金屬之一，衛(wèi)星、火箭、飛機、兵器制造、冶金、輕工、建筑、能源及民用等領(lǐng)域均離不開鈦的產(chǎn)品及其合金。自2004年以來，我國鈦工業(yè)進入快速發(fā)展階段，鈦加工材料和海綿鈦的實際需求量遠大于實際生產(chǎn)能力。由于過去海綿鈦廠數(shù)量較少，建設經(jīng)驗不足，存在一些問題，筆者通過對幾個海綿鈦工程的總圖運輸設計，力求對今后的工作或同行有所幫助。

1 生產(chǎn)方法和工藝流程

了解海綿鈦的生產(chǎn)方法和工藝流程是總圖運輸設計的前提。

海綿鈦生產(chǎn)方法有鎂還原法和鈉還原法，電解法雖然經(jīng)過長期的試驗，但至今仍然未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前，全世界都采用鎂還原法，鈉還原法已經(jīng)全部被淘汰，其中占主導地位的是鎂還原——真空蒸餾法。

鎂還原——真空蒸餾法生產(chǎn)海綿鈦的過程:富鈦料(如高鈦渣、金紅石)配入還原劑(如石油焦)用Cl2氯化，鈦和各種雜質(zhì)生成氯化物，經(jīng)過冷凝、除塵、淋洗和沉降分離，得到粗TiCl4。粗TiCl4用精餾方法除去低沸點氯化物，再加入除釩劑，用化學的方法除去VOCl3得到精TiCl4。再把液態(tài)金屬鎂和精TiCl4加入還原蒸餾聯(lián)合爐，生成的MgCl2定時放出送到鎂電解車間。還原結(jié)束后進行蒸餾，除去殘留在海綿鈦中的鎂和氯化鎂。蒸餾結(jié)束后冷卻到室溫，取出海綿鈦砣經(jīng)剝皮、破碎、包裝和抽空充氬，得到商品海綿鈦。

2 設計標準和規(guī)范

設計規(guī)范是工程設計的指南、依據(jù)，直接影響到工程設計的科學性、合理性?？倛D設計的核心是平面布置，既要使工藝流程合理，又要使建構(gòu)筑物之間有足夠的安全間距，而總圖專業(yè)本身所涉及的規(guī)范較多。所以對每一項工程設計，首先了解其工程性質(zhì)，再查找相應的設計規(guī)范，這是工程設計的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。

在新建的海綿鈦項目設計中，必須執(zhí)行以下國家現(xiàn)行的標準和規(guī)范:《GB 50187－93工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》《GB 50544－2009有色金屬企業(yè)總圖運輸設計規(guī)范》《GB 50016－2006建筑設計防火規(guī)范》《GB 4387－94工業(yè)企業(yè)廠內(nèi)鐵路道路運輸安全規(guī)程》《GB Z1－2002工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》《危險貨物運輸規(guī)則》(鐵路運輸適用本)鐵運(1987)802號、《JT 3130－88汽車危險貨物運輸規(guī)則》。

3 廠址選擇應注意的幾個特殊條件

海綿鈦廠的廠址選擇，除了一般工業(yè)企業(yè)要考慮的建廠條件外，還要重點考察以下幾個特殊的建設條件。

3.1 主要原材料

我國海綿鈦生產(chǎn)所采用的主要原料是鈦精礦、富鈦料;輔助材料主要有碳質(zhì)還原劑和氯氣，碳質(zhì)還原劑通常使用石油焦。

建設海綿鈦廠，首先要落實原材料的供應。廠址盡可能靠近原料產(chǎn)地，以減少運輸費用。另外，因氯氣是危險物品，長途運輸危險而且費用高，因此，廠址附近以有氯氣供應(一般為氯堿廠)為佳。石油焦用量小，運輸較為方便，可不考慮。

當然，如果技術(shù)經(jīng)濟指標較好，也可以考慮遠距離運輸主要原料，如某集團鈦廠，從南非進口金紅石，運距遠，但礦石品位高(含 TiO2為93%以上)，礦石成本加上運輸(海運和鐵路)費用與國內(nèi)原料相比，較經(jīng)濟。

3.2 供電條件

海綿鈦是高能耗產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中用電量大，海綿鈦耗電30 000 kWh/t以上，而且主要耗電工序均要求不間斷地連續(xù)供電。因此，廠址選擇要考慮足夠的電力供應。

3.3 供水條件

海綿鈦是耗水大戶，在大量采用循環(huán)水的情況下，每t海綿鈦還要補充新水1 000 t以上，因此，廠址選擇必須落實水源，保證水的供給。

3.4 環(huán)境保護和安全

海綿鈦生產(chǎn)過程中需要使用危險品——氯氣，對周圍環(huán)境和人群存在一定的安全隱患和潛在的威脅，因此，選廠必須遵循國家有關(guān)規(guī)定，取得環(huán)保、安全、衛(wèi)生等部門的認可。廠址應與生活區(qū)和居民點保持足夠的衛(wèi)生防護距離，并在其常年最小風頻的上風向。同時，廠址也應與重要交通運輸線路(如高速公路、鐵路及車站)保持足夠的衛(wèi)生防護距離。海綿鈦生產(chǎn)的廢渣，含有Cl－等有害物質(zhì)，雖然經(jīng)過各種處理，仍需設置專門的堆場堆放。在選廠時，也必須予以重視。特別是使用兩廣的鈦礦時，應考慮原料和廢渣是否含有放射性物質(zhì)，并采取妥善的污染治理方案。

4 主要車間的總平面布置

總平面布置是在保證生產(chǎn)、滿足工藝和運輸要求的前提下，結(jié)合工業(yè)場地的自然條件，合理地確定擬建建筑物、構(gòu)筑物、交通運輸線路、工程管線、綠化美化等設施的平面位置，使各個設施成為統(tǒng)一的有機整體。

海綿鈦廠的主要車間有原料車間、還原蒸餾車間、電解鎂車間。因此，在總平面布置中首先要確定這3大主要車間的合理位置，其它輔助車間再圍繞著這3大主要車間進行布置。

原料車間包括石油焦破碎倉庫、富鈦料倉庫和氯化工段。石油焦破碎倉庫主要存放外購的石油焦并在該車間內(nèi)進行破碎;富鈦料倉庫主要存放金紅石或高鈦渣，運輸方式可以采用汽車運輸，也可以采用鐵路運輸，兩倉庫的位置宜布置在運輸線路進入廠區(qū)的一側(cè)。當具備鐵路運輸條件時，優(yōu)先采用鐵路運輸，并且鐵路直接進入庫房，以減少倒運。往下一道工序是氯化，其運輸方式采用管道運輸，可不受地形高差、坡度等限制，如果能從高處向低處輸送，則可節(jié)約能源。

還原蒸餾車間，是海綿鈦生產(chǎn)的核心車間，它的物料來源和去向都比較復雜，主要物料精四氯化鈦來自精制車間或精四氯化鈦貯庫，還有液態(tài)金屬鎂來自鎂精煉車間，得到的海綿鈦坨要送到海綿鈦破碎車間，產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯化鎂要送到鎂電解車間，把鎂和氯氣分離、回收利用。精四氯化鈦輸送方式是管道輸送，高溫氯化鎂和高溫液態(tài)鎂的運輸方式采用專用抬包拖車運輸，海綿鈦坨的運輸采用專用車輛運輸。常規(guī)布置法是將還原蒸餾車間布置在廠區(qū)的中部，其周圍分別布置精四氯化鈦貯庫、電解鎂車間、破碎車間以及成品庫。

電解鎂車間，主要是把還原蒸餾產(chǎn)生的氯化鎂通過電解法把金屬鎂提煉出來回收補充到還原蒸餾過程中去。電解鎂車間是海綿鈦生產(chǎn)過程中的資源回收利用的主要車間。電解鎂車間的物料氯化鎂來自還原蒸餾車間，它產(chǎn)生的中間產(chǎn)品液體鎂要送到鎂精煉車間，而經(jīng)過精煉后的液體金屬鎂，用專用車輛運送回還原蒸餾車間;產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯氣要返回氯化車間。這幾個車間(工段)的運輸，氯化鎂和精制液體鎂采用專用車輛運輸，氯氣采用管道運輸。通常情況下，電解鎂車間是靠還原蒸餾車間的一側(cè)布置，在電解鎂車間的另一側(cè)是電解尾氣處理系統(tǒng)和氯壓機室;在其某一端頭，即外部電源進線的一側(cè)布置供變電整流設施。

確定了3大主要生產(chǎn)車間的總平面布置，其余輔助設施的布置原理和別的工業(yè)企業(yè)一樣，唯有不同的是環(huán)境衛(wèi)生問題需要作特殊考慮。在海綿鈦生產(chǎn)許多工序中都要使用氯氣或產(chǎn)生氯氣。氯氣是一種常溫下呈淡黃綠色、化學性質(zhì)非常活潑、具有刺激性氣味的劇毒氣體。所以，海綿鈦生產(chǎn)廠就存在著氯氣泄漏等安全威脅。另外，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生各種各樣與氯氣有關(guān)的氣體污染，同時，在處理廢棄物時，也會產(chǎn)生一些酸性廢水，很多環(huán)節(jié)還會產(chǎn)生一些廢渣。因此，在海綿鈦廠的總平面布置中，每個建構(gòu)筑物的具體位置，都必須考慮安全問題，要把安全事故防范、出現(xiàn)事故時人員撤離、救護等問題始終貫穿于整個設計過程中。尤其是液氯貯庫的位置應遠離主要生產(chǎn)車間和人員相對集中的地帶，且處于廠區(qū)全年盛行風向的下風側(cè)。

5 豎向設計

豎向設計應綜合廠外運輸線路、排水系統(tǒng)、周圍場地地形一起考慮，同時要兼顧現(xiàn)有設施和遠期規(guī)劃。

海綿鈦廠有還原蒸餾車間和鎂電解車間是二層樓結(jié)構(gòu)，但它們的層高不一致。還原蒸餾操作面一般是+6 m左右，鎂電解車間的操作面一般是+5 m左右。

在大型的海綿鈦廠，還原器的出料口通常在操作面以下，高溫液態(tài)的氯化鎂罐車是停放在±0.00平面上;而鎂電解車間加料則在二層操作面上，因此，如果地形坡度較大，還原蒸餾車間宜在地形較高的地段，鎂電解車間宜在地形較低的地段。

當然，如果海綿鈦廠的規(guī)模比較小，總的運輸量不大，平坡式布置也能解決運輸問題。

平坡式布置有利于廠房的通風、運輸線路的布置和工廠的環(huán)境美化;但往往增大土方量，一般僅在場地平坦或面積不大時采用。

階梯式布置適用于地勢坡度較大、地形變化復雜的坡地建廠地區(qū)，可以充分利用地形，節(jié)約土石方工程量，但需要設置較多的排水工程和支護工程，使平面布置、運輸線路和管線布置復雜化。

兩種豎向設計形式，各有利弊，在不同的地形條件下，經(jīng)濟效果也不一樣，因此，在確定豎向設計形式時，必須因地制宜。

6 結(jié)語

海綿鈦廠的總圖運輸設計是一個系統(tǒng)工程，牽涉的知識面廣，總圖布置合理與否，直接影響企業(yè)的建設投資和建設周期、安全和環(huán)保。因此，對海綿鈦廠的總圖運輸設計，值得我們?nèi)ミM一步的研究，期望做得更加完善、更加合理。

[1]雷明.工業(yè)企業(yè)總平面設計[M].西安:陜西科學技術(shù)出版社，1998.

[2]有色金屬工程設計項目經(jīng)理手冊編委會[S].北京:化學工業(yè)出版社，2003.

[3]GB 50187－93工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，1994.

Probe into Design of General Plan and Transportation for Sponge Titanium Project

ZHAO Jun
(Guiyang Aluminum－Magnesium Design＆ Research Institute，Guiyang 550081，China)

According to the design practices of general plan and transportation for sponge titanium project，the features and precautions in the design of general plan and transportation for sponge titanium project were put forward to ensure safety and environment protection of project design.

sponge titanium project;design of general plan and transportation;general layout

TU273

A

1004－2660(2012)01－0059－03

2012－02－24.

趙軍(1978－)，男，貴州人，工程師.主要研究方向:總圖運輸設計.E－mail:aaztzj@163.com