液體二氧化碳相變致裂技術(shù)在處置電石爐電極軟斷中的應(yīng)用

董云濤 董慶祥 謝雨航 謝紅莉

（1. 四川省永貞注冊(cè)安全工程師事務(wù)有限公司，四川 成都610021 2、湖南漢壽煤機(jī)科技有限公司，湖南 漢壽415900 3、四川豹變科技有限公司，四川 成都610021）

1 概述

在整個(gè)電石爐設(shè)備中，電極就是心臟，電流通過(guò)電極輸入爐內(nèi)，產(chǎn)生電弧，進(jìn)行電石冶煉。某公司在2017 年9 月生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生電極軟斷，由于電極直徑1.3 米，無(wú)法從電石爐中取出，必須進(jìn)行破碎處理。傳統(tǒng)的破碎處理方法包括使用炸藥和“水炮”，其中使用炸藥過(guò)程產(chǎn)生的震動(dòng)控制不當(dāng)可能對(duì)爐體造成破壞從而導(dǎo)致噴料等惡性事件；使用“水炮”無(wú)法控制釋放壓力和做功方向，并且水霧在爐體中可能會(huì)導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生。液體二氧化碳致裂技術(shù)是一種理念先進(jìn)、方法安全、效果顯著的致裂技術(shù)[1]，屬于物理致裂技術(shù)，具有致裂過(guò)程無(wú)火花外露、致裂威力大、致裂壓力可控、操作簡(jiǎn)便、可定向致裂等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于采煤、采石、煤倉(cāng)清堵、市政工程和建筑物拆除等行業(yè)。經(jīng)技術(shù)論證，決定采用液體二氧化碳致裂技術(shù)對(duì)軟斷電極進(jìn)行破碎。

2 施工工藝

2.1 設(shè)備選擇

致裂器一般由充氣閥、發(fā)熱裝置、儲(chǔ)液管、泄能器等組成，結(jié)構(gòu)如圖1[2]所示。

圖1 預(yù)裂器結(jié)構(gòu)示意圖

本次致裂作業(yè)采用湖南漢壽煤機(jī)科技有限公司生產(chǎn)的致裂管，致裂管參數(shù)如表1 所示。

2.2 工作原理

儲(chǔ)存在儲(chǔ)液管中的液體二氧化碳在發(fā)熱裝置作用下在0.1s內(nèi)瞬間氣化，體積膨脹600 倍以上產(chǎn)生高壓，當(dāng)壓力超過(guò)剪切片的剪切強(qiáng)度（可設(shè)定壓力）時(shí)，高壓氣體沖破剪切片從泄能頭快速釋放，定向作用在軟斷電極上，從而達(dá)到破碎電極的目的。

表1 基本參數(shù)表

3 技術(shù)方案

3.1 施工條件

（1）大氣壓力：102kPa～105kPa；

（2）環(huán)境溫度：25℃～+30℃；

（3）電石爐溫度：1000℃；

（4）電極直徑1300mm，通過(guò)致裂形成不大于600mm 小塊。電極現(xiàn)場(chǎng)情況如圖2 所示。

3.2 施工步驟

由于是首次采用液體二氧化碳致裂技術(shù)處理電極軟斷，工作前進(jìn)行了安全條件論證，由于不清楚處置效果，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備了4根致裂管。

圖2 電極軟斷情況

（1）設(shè)置致裂孔

結(jié)合公司之前處置電極經(jīng)驗(yàn)，使用吹氧管在破碎電極大塊上燒出直徑60mm 致裂孔，孔深80cm。其中第一次致裂孔位于電極大塊中部，第二次致裂孔位于電極大塊底部。

（2）放置致裂管

安排專業(yè)操作人員將致裂管送入致裂孔，未采取封堵措施?？刂齐娋€采用常規(guī)銅芯電線。

（3）致裂

技術(shù)人員使用礦用發(fā)爆器操作，安全距離30 米，致裂過(guò)程關(guān)閉爐門(mén)。

4 致裂效果分析

累計(jì)使用4 跟致裂管，其中第一根現(xiàn)場(chǎng)試爆測(cè)試控制網(wǎng)絡(luò)，未實(shí)際發(fā)揮效果；第四根未作用，經(jīng)事后分析是在運(yùn)輸過(guò)程中內(nèi)部發(fā)熱裝置斷裂。

4.1 致裂效果與致裂孔的關(guān)系

第二根致裂管致裂孔在軟斷電極中部，致裂后，電極裂成60CM左右小塊，大部分可以從爐門(mén)取出。

第三根致裂管致裂孔在軟斷電極底部，致裂后，電極裂開(kāi)，但有一個(gè)大塊無(wú)法從爐門(mén)取出。

電極致裂后現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3 所示。

圖3 電極致裂效果

4.2 致裂過(guò)程的振動(dòng)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，致裂過(guò)程無(wú)振動(dòng)；致裂后打開(kāi)爐門(mén)觀察，無(wú)小塊電極碎片飛散痕跡。

5 結(jié)論

采用液體二氧化碳致裂技術(shù)處置電石爐電極軟斷是可行的，有著非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1）安全性高

二氧化碳致裂技術(shù)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，在工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何明火或火花；二氧化碳?xì)怏w本身為惰性氣體，不會(huì)與電石或電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。二氧化碳致裂處理瞎炮工藝簡(jiǎn)單安全，只需將未爆的致裂器移出爐外，使用專用拆裝設(shè)備釋放二氧化碳即可，或者等剪切片自行融化泄壓，不存在安全隱患。

（2）致裂效果好

與炸藥爆破相比，避免了裝藥量不合適導(dǎo)致的物體飛散?？梢院侠磉x擇致裂方向，實(shí)現(xiàn)定向致裂。

（3）其他有害影響小

采用二氧化碳致裂技術(shù)，致裂后不會(huì)產(chǎn)生沖擊波，不會(huì)產(chǎn)生較大的聲響，對(duì)電石爐爐體和電石爐附件不會(huì)產(chǎn)生額外不利影響。

（4）恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)間短

采用二氧化碳致裂技術(shù)，可以在高溫下進(jìn)行操作，減少因處置電極導(dǎo)致的停車(chē)時(shí)間。