電石渣用于制造水泥生產(chǎn)系統(tǒng)安全防爆技術(shù)

秦陸軍，何勝平，孫國玉

（1.天辰水泥有限責(zé)任公司；2.天能水泥有限公司，新疆 石河子 832000；3.甘肅鐵路金坪水泥制品有限責(zé)任公司，蘭州 730020）

電石渣是電石制取乙炔過程中產(chǎn)生的廢棄物，利用電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣資源化利用最成熟、最經(jīng)濟(jì)的處理方法，但由于電石渣中可能殘存電石顆?；蛞胰矚怏w，對后續(xù)水泥生產(chǎn)的安全性提出了更高的技術(shù)要求。本文對以干排電石渣為原料的新型干法水泥生產(chǎn)線出現(xiàn)的的安全防爆問題進(jìn)行了分析，根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的實(shí)踐，在電石渣貯運(yùn)、輸送裝置中控制乙炔含量，在維修、檢修等環(huán)節(jié)嚴(yán)格動(dòng)火制度，針對性的提出防范措施，提高系統(tǒng)的安全性，有效地防止安全事故的發(fā)生。

1 濕磨干燒和新型干法水泥生產(chǎn)工藝路線

目前國內(nèi)電石渣生產(chǎn)水泥的工藝大多采用濕磨干燒的生產(chǎn)工藝。濕電石渣作為生產(chǎn)水泥的一種主要原料儲存在電石渣漿庫內(nèi)，與按一定成分配比的黑生料通過濕法磨磨出合格的水分為43%左右的生料漿，兩者通過體積配庫，配制成合格的生料后，用泵送至壓濾機(jī)壓濾出含水為30%～35%左右的料餅，再將料餅送入烘干破碎機(jī)，烘干后水分＜1.5%的生料入窯煅燒。濕磨干燒的工藝熟料熱耗高，需要大量的淡水資源，水資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，但過量的水與電石發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)比較完全，電石渣中乙炔殘留比較少，對后續(xù)電石渣處理環(huán)節(jié)的防爆安全要求較低。

我公司新型干法水泥生產(chǎn)工藝是將干法乙炔產(chǎn)生的含水3%～10%干電石渣，通過管帶機(jī)送到電石渣儲存庫或干混電石渣鋼倉中備用，風(fēng)積砂、鐵渣或銅渣、粉煤灰、電石收塵灰等工業(yè)廢渣按一定的配比進(jìn)烘干中卸磨粉磨至一定細(xì)度的物料，出磨物料與計(jì)量后的備用電石渣共同進(jìn)入窯尾干燥管中烘干，混合為水分<1%的合格生料送至生料均化庫，均化后的生料通過提升機(jī)進(jìn)入窯外分解爐入窯進(jìn)行煅燒成熟料。電石渣在輸送與配料的過程中，由于其中含有部分殘留電石渣，而干排電石渣中也含有3%～10%的水分，殘留電石會隨著輸送儲存的過程與水發(fā)生反應(yīng)，在密閉空間里會造成乙炔富集，其濃度不斷升高。

2 存在的安全問題及事故案例

與傳統(tǒng)的濕法乙炔生產(chǎn)工藝不同，干法乙炔工藝是將水以霧態(tài)噴在3mm～6mm電石顆粒上使之水解，反應(yīng)熱由水汽化帶走，經(jīng)由洗滌塔進(jìn)行水洗降溫除塵。這種生產(chǎn)方法具有低成本、污染小的優(yōu)越性，其廢棄物電石渣為含水量3%～10%干粉末，作為新型干法水泥熟料生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原料。如果乙炔生產(chǎn)裝置出現(xiàn)生產(chǎn)故障時(shí)，很容易使原料電石渣中含有乙炔氣體，特別是干法乙炔生產(chǎn)的含水4%以下的干電石渣，乙炔氣更易溶在其內(nèi)。同時(shí)，可能會存在未參與反應(yīng)電石顆?；烊腚娛?。近年來在全國范圍內(nèi)新型干法電石渣水泥生產(chǎn)線的試生產(chǎn)和投產(chǎn)過程中，發(fā)生過因乙炔氣體富集超標(biāo)而引起閃爆或火災(zāi)事故屢見不鮮，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，對社會產(chǎn)生重大安全影響。

案例1：2008年1月，我公司120萬噸干法乙炔法PVC項(xiàng)目配套電石渣水泥一期項(xiàng)目試生產(chǎn)運(yùn)行過程中，電石渣入庫NE板鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)，在輸送電石渣的過程中時(shí)，發(fā)生一起乙炔氣爆炸事故，造成提升機(jī)機(jī)身部分解體，殼體飛離原安裝現(xiàn)場20m～30m，殼體大多裂成碎片，爆炸威力巨大，部分原本長方形殼體，直接擴(kuò)張成圓形，所幸沒有人員造成傷亡。

事故直接原因：我公司首期干法乙炔生產(chǎn)聚氯乙烯，是全國首條干法乙炔制備生產(chǎn)線，在干法乙炔發(fā)生領(lǐng)域，處于試驗(yàn)摸索階段，對生產(chǎn)安全的控制上，認(rèn)識不夠深刻，大顆粒的電石沒有反應(yīng)完全，在輸送的過程中逐步反應(yīng)，并富集于入電石渣庫的提升機(jī)殼體內(nèi)，達(dá)到爆炸極限。提升機(jī)在運(yùn)行過程中鏈條和鏈輪摩擦火花引燃、引爆乙炔與空氣形成的爆炸性混合氣體，是導(dǎo)致乙炔氣體發(fā)生爆炸事故的主要原因。

吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：（1）嚴(yán)格控制乙炔發(fā)生的用水量，保證乙炔發(fā)生器的出口電石完全反應(yīng)。（2）嚴(yán)格控制電石的粒度大小，防止大顆粒電石混入乙炔發(fā)生器，造成生電石混入電石渣，造成安全隱患。（3）設(shè)備必須采用防爆電機(jī)，防止因電極打火等原因造成爆炸點(diǎn)火源。

案例2：2009年10月我公司二期新型干法水泥3000t/d電石渣水泥生產(chǎn)線，試產(chǎn)初期，在電石渣干燥與分離系統(tǒng)的硅鐵倉發(fā)生閃爆事故。在投料試產(chǎn)期間完善系統(tǒng)的過程中，生產(chǎn)車間準(zhǔn)備在裝有防爆系統(tǒng)的硅鐵倉上面安裝排氣通風(fēng)口，在割槍開口動(dòng)火的瞬間，發(fā)生爆燃，雖然沒有造成破壞，但巨大的聲浪，給我們極大的警惕。

事故直接原因：硅鐵倉中的硅鐵中含有部分未反應(yīng)完全的電石顆粒，雖然硅鐵倉是排空的，但生電石反應(yīng)后生成的乙炔氣體殘留在倉內(nèi)，乙炔氣體與空氣混合達(dá)到燃爆臨界點(diǎn)，遇到明火，發(fā)生爆燃。

吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：（1）試投產(chǎn)期間，在危險(xiǎn)因素辨識上存在經(jīng)驗(yàn)不足，沒有意識到電石渣干燥與分離系統(tǒng)會含有未反應(yīng)完全的電石顆粒，發(fā)氣后在倉內(nèi)持續(xù)富集。（2）現(xiàn)場管理及安裝人員無安全意識，未按照我公司安全規(guī)程操作，進(jìn)行動(dòng)火審批。未進(jìn)行乙炔濃度現(xiàn)場取樣分析。（3）硅鐵倉中殘留電石渣顆粒，未對其進(jìn)行針對性管理，做好防雨及定期排空硅鐵倉等措施。

3 乙炔易燃易爆特性分析

電石與水反應(yīng)生成乙炔，乙炔在常溫下是氣態(tài)，純乙炔為無色無味的易燃、有毒氣體。工業(yè)生產(chǎn)的乙炔含有磷、硫等雜質(zhì)，乙炔因混有硫化氫（H2S）、磷化氫（PH3）、砷化氫，帶有刺激性臭味，性質(zhì)活潑，熔點(diǎn)（118.656kPa）-80.8℃，沸點(diǎn)-84℃，相對密度0.6208（-82/4℃），閃點(diǎn)（開杯）-17.78℃，自燃點(diǎn)305℃。乙炔氣與空氣混合，可形成易燃易爆氣體，一旦遇上火源、靜電、局部高溫、摩擦等就會發(fā)生爆炸，在空氣中爆炸極限為2.3%～72.3%（vol）。以電石渣為原料的干法水泥生產(chǎn)工藝中主要存在易燃易爆物質(zhì)乙炔氣體，如果乙炔濃度超標(biāo)，一旦遇到火源，即可發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。乙炔還可以和銅、銀發(fā)生反應(yīng)生成不穩(wěn)定具有爆炸性的乙炔銅、乙炔銀，在與重金屬礦渣一起配料時(shí)，注意不得混合密閉存放，混合粉磨后需要采取相應(yīng)的技術(shù)安全措施。

4 干法電石渣制水泥安全防爆技術(shù)措施

4.1 加強(qiáng)乙炔源頭控制

4.1.1 進(jìn)入乙炔發(fā)生器電石粒度的控制

嚴(yán)格控制電石渣的破碎粒度，采用適宜的篩分裝置和工藝，必要時(shí)采用多次篩分，防止大顆粒電石混入，杜絕大顆粒電石進(jìn)入乙炔發(fā)生器，保證電石在發(fā)生器內(nèi)的完全反應(yīng)。我公司電石破碎粒度控制在5mm以下，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格控制篩分過程，防止大顆粒電石混入乙炔發(fā)生器。

4.1.2 進(jìn)入乙炔發(fā)生器用水量控制

根據(jù)電石的品位，雜質(zhì)和CaC2含量，通過長久試驗(yàn)，確定并實(shí)際合理控制乙炔發(fā)生器中的加水量，在保證出乙炔發(fā)生器電石渣的水分不超過規(guī)定值的情況下，適當(dāng)過量加入反應(yīng)用水量，確保電石完全反應(yīng)。我公司干排電石渣的水分控制在3%～12%，在此范圍內(nèi)，基于安全考慮，實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)際水分靠上限控制。

4.1.3 電石渣儲存庫中乙炔濃度的管控

干排電石渣儲存庫是乙炔氣體富集的關(guān)鍵場所，在庫頂要設(shè)置排氣裝置，定時(shí)不定時(shí)地排氣，對庫內(nèi)進(jìn)行及時(shí)通風(fēng)置換，確保將乙炔氣體濃度控制到爆炸下限以下。保持定時(shí)常態(tài)化監(jiān)測并重點(diǎn)監(jiān)控。同時(shí)建立雙向溝通機(jī)制，發(fā)現(xiàn)氣體濃度超標(biāo)，除了加強(qiáng)通風(fēng)外，及時(shí)通知前道生產(chǎn)工序，對乙炔發(fā)生過程進(jìn)行檢查，分析問題、解決問題要及時(shí)準(zhǔn)確、徹底，杜絕未反應(yīng)完全的電石顆粒出現(xiàn)。同時(shí)，當(dāng)乙炔生產(chǎn)不穩(wěn)定時(shí)，及時(shí)通知水泥生產(chǎn)系統(tǒng)，做好應(yīng)急處理預(yù)案。

4.2 使用防爆裝置

電石渣儲運(yùn)相關(guān)的電機(jī)、排風(fēng)扇、電源箱、操作柱、電動(dòng)葫蘆、收塵器等電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)就采用防爆等級符合安全規(guī)范要求的裝置。不得隨意在電石渣儲運(yùn)設(shè)備區(qū)域內(nèi)使用如手槍電鉆、磨光機(jī)等易產(chǎn)生電火花的工具、電器，使用的低壓型燈也應(yīng)選用防爆型。相關(guān)設(shè)備采取接地、防靜電和防雷措施。重點(diǎn)防爆崗位的入口設(shè)置人體除靜電裝置，崗位操作人員應(yīng)穿防靜電工作服和工作鞋。電石渣儲存庫和提升機(jī)等設(shè)施的最高點(diǎn)裝設(shè)避雷針等避雷裝置，并獨(dú)立接地。在儲存庫、鋼倉、輸送裝置、除塵裝置等位置，設(shè)置若干防爆膜，防止意外事故發(fā)生，損壞設(shè)施及裝置。崗位操作人員在電石渣庫清堵通料作業(yè)時(shí)不得使用鐵錘等敲擊鋼鐵倉壁，應(yīng)使用木錘或橡膠錘操作。

4.3 對儲運(yùn)生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)采取密閉措施，增加充氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置

在電石渣庫、矽鐵倉等場所密閉管理，防止因雨雪漏入而造成殘余電石顆粒的分解，使空間的乙炔濃度迅速升高，給生產(chǎn)安全控制帶來困難。干電石渣宜采用密閉輸送，如采用埋刮板輸送機(jī)或者斗式提升機(jī)、鋼絲膠帶提升機(jī)等，應(yīng)當(dāng)設(shè)置專用充氮?dú)饣蚨栊詺怏w等保護(hù)氣體的設(shè)施，當(dāng)受限空間內(nèi)的乙炔濃度升高時(shí)，及時(shí)充氣置換。此外，電石渣輸送設(shè)備需采用備用系統(tǒng)，保證干法乙炔產(chǎn)生的干電石渣能源源不斷輸送到水泥生產(chǎn)裝置，確保生產(chǎn)運(yùn)行連續(xù)性。

4.4 乙炔濃度在線監(jiān)測

從干法乙炔制備裝置到電石渣輸送線路上，設(shè)置多個(gè)乙炔濃度采集點(diǎn)，特別是電石渣庫和硅鐵倉等重點(diǎn)部位，加強(qiáng)采集頻率，安裝在線乙炔檢測分析儀及在線氧氣分析儀，實(shí)施不間斷時(shí)時(shí)分析，分析數(shù)據(jù)傳輸至DCS控制室，設(shè)置預(yù)警限值和報(bào)警界面，進(jìn)行全程在線監(jiān)控。一般將報(bào)警濃度定為氣體爆炸下限的25%。

4.5 動(dòng)火審批制度

傳統(tǒng)水泥的生產(chǎn)裝置及設(shè)施除煤粉制備系統(tǒng)均為非防爆場所，而新型干法電石渣生產(chǎn)水泥系統(tǒng)，防爆要求等級大大提高。對生產(chǎn)廠區(qū)實(shí)行全員、全區(qū)域防火防爆，禁止煙火。所有動(dòng)火作業(yè)必須進(jìn)行分級管理，逐級審批，對電石渣輸送設(shè)備、儲存庫、倉、罐等場所維修動(dòng)火，氧、電焊作業(yè)實(shí)行最高等級動(dòng)火管理制度，并且采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。動(dòng)火作業(yè)申請審批完畢后，先進(jìn)行乙炔濃度檢測，分析結(jié)果合格后，方能進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。

4.6 作業(yè)場所的動(dòng)火控制

電石渣貯運(yùn)場所維修、檢修作業(yè)時(shí)，需簽動(dòng)火審批表，其中必須要寫明動(dòng)火原因及具體的動(dòng)火位置，及應(yīng)急措施，動(dòng)火指標(biāo)要求乙炔濃度＜0.25%，但現(xiàn)場動(dòng)火作業(yè)要求乙炔氣體取樣分析濃度為0，方可進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，防止因乙炔爆炸，損毀生產(chǎn)裝置、建筑物，甚至造成人身傷害。

4.7 干電石渣的除矽鐵裝置及系統(tǒng)重點(diǎn)防范

電石渣中含有3%～5%的顆粒狀硅鐵，硅鐵易磨性差，難磨難燒，但具有更高的附加值，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對其進(jìn)行分離，其中離心或重力等分離方法分離出來的硅鐵中會有未反應(yīng)完全的電石顆粒，在潮濕或遇水環(huán)境繼續(xù)發(fā)氣，應(yīng)對儲存?zhèn)}定期排放灰渣，不宜長時(shí)間存放，倉內(nèi)應(yīng)充氮?dú)獗Ｗo(hù)。對排出的含有電石渣顆粒的灰渣需單獨(dú)堆放管理，防止乙炔氣體富集，發(fā)生爆炸事故。

4.8 電石渣與多種重金屬廢渣混合使用管理

含有生電石的電石渣嚴(yán)禁和與乙炔發(fā)生反應(yīng)的重金屬混合使用，因?yàn)橐胰材芘c多種金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下生成較危險(xiǎn)的金屬炔化物，如乙炔銅、乙炔銀或乙炔汞等受到撞擊、劇烈摩擦或在外界加溫都可導(dǎo)致強(qiáng)烈的分解、爆炸。在水泥生產(chǎn)中與乙炔氣體接觸的設(shè)備、管道、管件、閥門、儀表等應(yīng)采用鋼材、鑄鐵或鑄鋼等常用材料，嚴(yán)禁使用銅、銀（包括銅焊、銀焊）、汞等材質(zhì)的裝置。

5 結(jié)束語

利用氯堿化工產(chǎn)生的工業(yè)廢渣電石渣生產(chǎn)水泥，是電石渣大摻量、無害化處理工業(yè)廢渣的主要途徑，是電石渣的資源化利用的最徹底的一種方式，是目前工業(yè)廢渣有效處理的示范，但與傳統(tǒng)石灰石制水泥在工藝方式有安全本質(zhì)上的差別，電石在與水發(fā)生反應(yīng)時(shí)，大顆粒的電石在一定的時(shí)間內(nèi)，在固定用水量的條件下，反應(yīng)不完全，給后續(xù)廢渣的處理過程帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，以上提出干法電石渣制水泥防火防爆安全技術(shù)措施，只要把安全技術(shù)措施落實(shí)到生產(chǎn)過程中，特別是不可忽視多種廢渣共用時(shí)的安全管理，就可大大地提高干法電石渣制水泥系統(tǒng)的安全性，有效地防止事故的發(fā)生。使氯堿化工的主要廢渣電石渣得到安全處理，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，使企業(yè)與環(huán)境，環(huán)境與資源協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊金榮.電石水解法制乙炔火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析與對策[J].化學(xué)工程與裝備，2012（9）.

[2]鄒澤平.乙炔生產(chǎn)過程危險(xiǎn)性分析[J].化學(xué)工程與裝備，2012（8）.

[3]鄒澤平.乙炔生產(chǎn)過程危險(xiǎn)性分析[J].中國氯堿，2012（9）.

[4]桂茲宜.危險(xiǎn)化學(xué)品乙炔生產(chǎn)爆炸事故案例分析[J].廣州化工，2014（6）.

[5]秦麗.溶解乙炔生產(chǎn)安全管理[J].科技與企業(yè)，2012（19）.