有機硅生產(chǎn)設(shè)備防護設(shè)計

華紹武，于海鷹，王富軍

(1.廣州匯標(biāo)檢測技術(shù)中心，廣東 廣州 510000；2.佛山市順德區(qū)固得麗涂料有限公司，廣東 佛山 528300；3.佛山市順德區(qū)安政安全技術(shù)服務(wù)有限公司，廣東 佛山 528300)

0 引言

有機硅是化工新材料產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，具有許多其他化工材料無可替代的作用，是名副其實的“工業(yè)維生素”和“科技催化劑”。近些年，我國有機硅的消費保持高速增長，現(xiàn)已成為繼美國之后的第二大消費國。但有機硅生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生有害因素，危害勞動者健康。本設(shè)計通過對生產(chǎn)過程及設(shè)備產(chǎn)生的有害因素進(jìn)行分析、預(yù)測，再對工藝過程及生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行防護設(shè)施設(shè)計，來控制工作場所空氣中有害因素濃度，指導(dǎo)企業(yè)預(yù)防職業(yè)性損傷以及職業(yè)病的發(fā)生。

1 生產(chǎn)工藝及職業(yè)病危害分析

廢膠及硅膠邊角料經(jīng)破碎機破碎后，經(jīng)密閉管道輸送至分解反應(yīng)釜，同時投加十二烷基苯磺酸作為催化劑，由導(dǎo)熱油將反應(yīng)釜加熱至150 ～180 ℃，廢膠及邊角料會發(fā)生分解反應(yīng)，生成氣態(tài)二甲基硅氧烷混合體，經(jīng)三級冷凝后得到粗二甲基硅氧烷。之后轉(zhuǎn)入重排釜反應(yīng)釜，同時投加氫氧化鉀做催化劑，由導(dǎo)熱油將反應(yīng)釜加熱，以發(fā)生重排反應(yīng)，生成氣態(tài)二甲基硅氧烷，再經(jīng)過二級冷凝、脫色得到二甲基硅氧烷。

破碎廢膠及硅膠邊角料過程中，固體顆粒破碎及與設(shè)備間碰撞主要產(chǎn)生噪聲、其他粉塵。采用氣相色譜- 質(zhì)譜儀對二甲基硅氧烷進(jìn)行有機揮發(fā)性組分分析并結(jié)合生產(chǎn)工藝條件可知，分解反應(yīng)釜和重排釜在高溫重排反應(yīng)中，化學(xué)物質(zhì)揮發(fā)產(chǎn)生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學(xué)有害因素，設(shè)備運轉(zhuǎn)及加熱時會產(chǎn)生噪聲及高溫有害物理因素。

2 設(shè)備防護設(shè)施設(shè)計

2.1 全面通風(fēng)設(shè)計

該生產(chǎn)工藝設(shè)計布置在一棟連體廠房，廠房高度為8.5 m，其中北部區(qū)域面積為2 016 m2，主要布置5 臺分解反應(yīng)釜及配套的加料罐，以及6 臺常溫存儲罐；南面區(qū)域面積為720 m2，主要布置3臺重排反應(yīng)釜及配套的加料罐。

生產(chǎn)設(shè)備及管道均采用密閉設(shè)置，分解反應(yīng)、重排反應(yīng)會產(chǎn)生熱量及化學(xué)有害因素，另外反應(yīng)釜等均自帶隔熱層，但也會散發(fā)少量熱量至工作場所，因此可以利用廠房長軸方向兩面?zhèn)葔Φ拇皯暨M(jìn)風(fēng)與排風(fēng)，一面進(jìn)風(fēng)，一面排風(fēng)，形成置換通風(fēng)的氣流組織[1]。同時，在廠房頂部設(shè)置天窗，利用熱壓為動力源，避免有害物質(zhì)在車間內(nèi)蓄積。

依據(jù)《機械工業(yè)采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計手冊》[2]中車間通風(fēng)量計算以及排風(fēng)口面積計算，對車間通風(fēng)面積進(jìn)行計算：

北面區(qū)域分解反應(yīng)釜散發(fā)至空氣的熱量參考傳送帶式電熱爐熱量匡算值取90 kW，散入工作區(qū)熱量百分比約0.42(熱源與地板面積的能比為21%)，室內(nèi)外溫差為5 ℃，進(jìn)風(fēng)效率系數(shù)為1。因此進(jìn)風(fēng)所需空氣量以及側(cè)窗進(jìn)風(fēng)口面積為：

南面區(qū)域重排反應(yīng)釜散發(fā)至空氣的熱量參考傳送帶式電熱爐熱量匡算值取90 kW，散入工作區(qū)熱量百分比約0.5(熱源與地板面積的能比為25%)，室內(nèi)外溫差為5 ℃，進(jìn)風(fēng)效率系數(shù)為1。因此進(jìn)風(fēng)所需空氣量以及側(cè)窗進(jìn)風(fēng)口面積為：

故可在廠房北部區(qū)域長軸方向每面?zhèn)葔υO(shè)置面積不低于39.3 m2的窗戶，廠房南部區(qū)域長軸方向每面?zhèn)葔υO(shè)置面積不低于30.5 m2的窗戶。其中一面?zhèn)葔Υ皯暨M(jìn)風(fēng)，一面?zhèn)葔Υ皯襞棚L(fēng)，形成置換通風(fēng)的氣流組織，窗戶可設(shè)置成上下兩排。另外，夏季自然通風(fēng)所用的進(jìn)氣窗的下端距地面不宜＞1.2 m，以滿足空氣直接吹向工作地點的要求，廠房側(cè)窗下沿距廠房內(nèi)地面高度不低于1.2 m。

2.2 局部通風(fēng)設(shè)計

分解反應(yīng)釜及重排反應(yīng)釜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時，會產(chǎn)生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學(xué)有害因素，且分解釜及重排釜化學(xué)反應(yīng)均在密閉負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，可利用密閉管道經(jīng)換熱器后將排風(fēng)設(shè)施與反應(yīng)釜進(jìn)行連接[3-4]。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害因素通過負(fù)壓管道收集，經(jīng)活性炭吸收塔凈化后排放，以避免產(chǎn)生的有害因素危害勞動者健康。

根據(jù)GBZ/T 194—2007《工作場所防止職業(yè)中毒衛(wèi)生工程防護措施規(guī)范》[5]中密閉排風(fēng)罩排風(fēng)量計算式(7)進(jìn)行計算：

分解反應(yīng)釜設(shè)備參數(shù)為：反應(yīng)容積7 000 L，反應(yīng)釜內(nèi)直徑2 m，反應(yīng)釜接駁口內(nèi)直徑0.219 m，考慮接駁口處形成0.5 m/s 的風(fēng)速，故單個密閉排風(fēng)罩所需風(fēng)量為：

F=3 600×[3.14×(0.219÷2)2]×0.5=67.8 m3/h (8)

重排反應(yīng)釜參數(shù)為：反應(yīng)容積12 000 L，反應(yīng)釜內(nèi)直徑2.2 m，反應(yīng)釜接駁口內(nèi)直徑0.219 m，考慮接駁口處形成0.5 m/s 的風(fēng)速，故單個密閉排風(fēng)罩所需風(fēng)量為：

F=3 600×[3.14×(0.219÷2)2]×0.5=67.8 m3/h (9)

共設(shè)置5 個分解釜及配套的加料罐、3 個重排釜及配套的加料罐，所需總風(fēng)量為67.8 m3/h×8=542.4 m3/h。

反應(yīng)釜至真空泵等的連接管道選用 DN 100 圓形無縫鋼管，單個反應(yīng)釜至真空泵管道長20 m，其中異形管件直角彎頭15 個、球閥7 個、90°吸氣三通3 個。

根據(jù)式(10)[6]：

計算管道內(nèi)平均風(fēng)速為：

v=67.8÷[3.14×(0.095÷2)2]=9 570 m/h=2.66 m/s (11)

依據(jù)《機械工業(yè)采暖通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計手冊》中通風(fēng)管道沿程阻力損失計算式(12)，計算單個反應(yīng)釜沿程阻力損失為：

局部阻力損失計算公式為：

控制反應(yīng)釜壓力低于-0.005 MPa，故所需風(fēng)機的風(fēng)壓不低于7 244 Pa。

3 設(shè)備防護設(shè)施效果分析

3.1 危害因素檢測結(jié)果分析

防護設(shè)施安裝投入使用后，根據(jù)GBZ 159—2004《工作場所空氣有害物質(zhì)監(jiān)測的采樣規(guī)范》[7]等的要求，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的化學(xué)有害因素進(jìn)行檢測，根據(jù)GBZ 2.1—2019《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分：化學(xué)有害因素》[8]以及《關(guān)于發(fā)布〈工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分：化學(xué)有害因素〉(GBZ 2.1—2019)第1 號修改單的通告》[9]對檢測結(jié)果進(jìn)行評價得到，勞動者化學(xué)有害因素時間加權(quán)平均濃度及短時間接觸濃度均符合職業(yè)接觸限值的要求，各崗位化學(xué)有害因素檢查結(jié)果如表1 所示。

表1 化學(xué)有害因素檢測結(jié)果

根據(jù)GBZ 1—2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[10]、HG 20571—2014《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范》[11]的要求，對產(chǎn)生化學(xué)有害因素的分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜設(shè)計密閉化負(fù)壓排風(fēng)設(shè)施，并將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害因素進(jìn)行收集，故分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜的防護設(shè)計合理。通過對化學(xué)有害因素進(jìn)行檢測結(jié)果分析可知，勞動者接觸的化學(xué)有害因素濃度均符合職業(yè)接觸限值的要求，且均低于行業(yè)水平，故分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜設(shè)計的防護設(shè)施防護效果有效。另外，連體廠房利用長軸方向側(cè)墻窗戶進(jìn)行全面通風(fēng)，形成置換通風(fēng)的氣流組織，窗戶對稱設(shè)計，形成良好的穿堂風(fēng)，能避免化學(xué)有害因素在生產(chǎn)廠房內(nèi)蓄積。側(cè)窗沿廠房長軸設(shè)置，能夠降低分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜作業(yè)過程中產(chǎn)生的有害因素對存儲罐區(qū)的影響以及分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜區(qū)域間的交叉影響，氣流組織設(shè)計合理，故防護有效。

3.2 勞動者職業(yè)健康監(jiān)護情況

用人單位組織分解釜操作工、重排釜操作工共計19 名勞動者進(jìn)行高溫、噪聲在崗期間職業(yè)健康檢查，對其中13 名分解釜操作工、重排釜操作工進(jìn)行了苯系物在崗期間職業(yè)健康檢查。職業(yè)健康檢查結(jié)果顯示，除兩名勞動者為噪聲作業(yè)禁忌證外，其他參與職業(yè)健康檢查的勞動者均未見疑似苯系物、噪聲等所致職業(yè)病或職業(yè)禁忌證[12]，也未見苯系物等所致職業(yè)損傷。

勞動者在崗期間職業(yè)健康檢查結(jié)果均未見苯系物等所致職業(yè)損傷及職業(yè)禁忌證，可進(jìn)一步證明分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜設(shè)置的防護設(shè)施能夠?qū)ιa(chǎn)過程產(chǎn)生的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學(xué)有害因素進(jìn)行控制，避免勞動職業(yè)性損傷的發(fā)生。故分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜設(shè)計的防護設(shè)施有效。

4 結(jié)語

采用廢膠及硅膠邊角料生產(chǎn)二甲基硅氧烷混合體的過程中，廢膠等分解會產(chǎn)生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學(xué)有害因素。而生產(chǎn)過程中的工藝溫度達(dá)到150 ℃以上，已超過苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃的沸點，故生產(chǎn)過程中的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃極易揮發(fā)至空氣中，若生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的化學(xué)有害因素得不到有效控制，勞動者長期處在高濃度苯系物、醇類等有害因素的作業(yè)環(huán)境中，極易導(dǎo)致白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、血小板計數(shù)降低[13]，甚至導(dǎo)致職業(yè)性慢性苯中毒及職業(yè)性苯所致白血病。

有機硅橡膠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生有害因素的分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜可通過采取密閉作業(yè)方式，設(shè)備連接負(fù)壓排風(fēng)管道對產(chǎn)生的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等有害因素進(jìn)行收集，經(jīng)過活性炭凈化處理后排放，能夠有效控制散發(fā)至工作場所空氣中的化學(xué)有害因素的量。另外在廠房長軸方向兩面?zhèn)葔υO(shè)置窗戶，形成穿堂風(fēng)，避免化學(xué)有害因素在廠房內(nèi)蓄積。采用以上方式對分解反應(yīng)釜、重排反應(yīng)釜等產(chǎn)生的有害因素控制后，能夠?qū)S房內(nèi)有害因素的濃度降低至職業(yè)接觸限值以下，保護勞動者免受職業(yè)性損傷，避免發(fā)生職業(yè)病。