碳化法生產碳酸鋇安全風險分析與預防

李潔，朱斌，卜凡，弓創周

（1.中海油天津化工研究設計院，天津300131；2.江蘇揚農化工集團有限公司）

碳化法生產碳酸鋇安全風險分析與預防

李潔1，朱斌2，卜凡1，弓創周1

（1.中海油天津化工研究設計院，天津300131；2.江蘇揚農化工集團有限公司）

碳化法是生產碳酸鋇的主要工藝之一，其生產過程存在火災、爆炸、中毒等安全隱患。運用風險評價指數法，對生產工藝系統進行安全風險分析，并提出相應的安全對策及預防措施，以提高企業安全生產管理水平，預防事故的發生。

碳化法；碳酸鋇；安全風險；分析；預防

碳酸鋇是一種重要的無機鹽產品，廣泛應用于工業陶瓷、無線電、光學玻璃、油漆、建筑等行業。中國碳酸鋇的生產大都采用碳化法，即重晶石經煅燒生成硫化鋇，再經碳化、脫硫、烘干制得碳酸鋇。碳酸鋇的生產過程存在火災、爆炸、中毒、環境污染等安全隱患，如不采取預防措施，可能會造成人員傷亡和巨大的經濟損失。筆者對碳化法制備碳酸鋇生產過程的危險性進行辨識和分析，確定各生產工序的安全風險等級，并提出相應的預防措施。

1　碳化法生產碳酸鋇工藝流程［1］

碳化法生產工藝得到的碳酸鋇產品質量穩定，生產成本較低，是行業內普遍使用的生產工藝。重晶石和煤粉經粉碎、篩分、煅燒制得硫化鋇熔體，將硫化鋇熔體用水浸取再經澄清，制得硫化鋇漿液，向硫化鋇漿液中通入二氧化碳進行碳化得到碳酸鋇漿液，碳酸鋇漿液經脫硫、真空過濾及洗滌、干燥、粉碎制得碳酸鋇成品。碳化法生產碳酸鋇工藝流程見圖1。

圖1　碳化法生產碳酸鋇工藝流程圖

2　安全風險分析

2.1物料危險性分析

按照《危險化學品名錄》（2015版）對碳化法生產碳酸鋇所使用的原料以及產品、中間產品的危險性進行辨識分析，屬于危險化學品的有硫化鋇、硫化氫、二氧化碳、一氧化碳、碳酸鋇等，從《危險化學品安全技術全書》［2］查出各物料危險性列于表1。

表1　碳化法生產碳酸鋇主要物料危險性

重晶石煅燒工序、石灰窯造氣工序使用的煤粉未列入《危險化學品名錄》。對照GB 12268—2012《危險貨物品名表》，原料煤粉屬于4.2類易于自燃的物質，使用儲存不當可導致火災發生。對照GB 50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》附錄E，煤粉屬于導電性爆炸粉塵，該類粉塵與空氣形成爆炸性粉塵混合物，其濃度在爆炸極限范圍內遇火花、高溫、靜電放電等點火源時可發生粉塵爆炸。

2.2工藝安全風險分析

1）原料粉碎工序。煤粉屬于導電性爆炸粉塵，在煤粉的粉碎、篩分、輸送過程中有發生粉塵爆炸的可能性。根據實驗測定，煤粉的爆炸下限最低為33 g/m3。煤粉懸浮在空氣中形成爆炸性混合物，當其濃度達到其爆炸極限時，無論是在封閉的設備內部（如制粉、輸送設備等），或是在敞開的空間（如設備檢、維修時），遇點火源（明火、高熱等）將導致火災爆炸事故的發生。若在設備內部發生煤粉燃爆事故，將引起設備內壓力迅速提高，造成整個設備系統損壞。

該工序使用粉碎機等轉動設備，若設備轉動部位未設置防護網、防護罩等防護措施或防護措施存在缺陷或操作人員違章作業，將導致機械傷害事故的發生。

2）煅燒還原工序。重晶石與煤粉在回轉爐中進行還原反應，溫度在600～800℃時按下式反應：

隨著反應溫度的升高反應速度明顯加快。溫度在900～1 200℃時按下式反應：

在回轉爐中由于煤的作用還會發生下式反應：

反應過程產生的一氧化碳為易燃氣體，其爆炸極限為12.5%～74.0%（體積分數）。當一氧化碳與空氣混合且濃度在爆炸極限以內，遇明火、高熱能引起火災爆炸。

當爐溫較低空氣過剩時或重晶石還原制得的粗硫化鋇與潮濕空氣反應將會生成二氧化硫、硫化氫：

二氧化硫、硫化氫在回轉爐爐氣中的體積分數較小，一般不會引起火災爆炸事故。但該類酸性氣體在高溫、潮濕環境會對設備、管線造成較大程度的腐蝕，造成設備缺陷，將會提高發生事故的風險。

3）浸取工序。硫化鋇在水中水解反應如下：

煅燒還原工序物料溫度高達1 000℃，反應結束后將粗制硫化鋇轉移至浸取槽的過程中存在著高溫灼燙的危險。硫化鋇浸取溫度一般控制在90℃左右，高濃度的硫化鋇溶液一旦發生泄漏將導致化學性灼燙傷、中毒事故的發生。硫化鋇在水中水解過程可生成少量硫化氫氣體，有導致人員中毒的危險。

4）石灰窯制氣工序。石灰窯制氣工序產生的窯氣含有少量一氧化碳，石灰窯中一氧化碳體積分數低于其爆炸下限，一般不會發生爐內火災爆炸。但是若設備、管道破損造成大量窯氣泄漏，當作業場所通風不良時，積聚的一氧化碳達到其爆炸極限時遇點火源能引起火災爆炸。一氧化碳通過呼吸道進入人體而引起中毒。

5）碳化工序。碳化工序是整個碳酸鋇生產過程中產生有毒氣體的主要工序，主要為硫化氫氣體并伴隨少量一氧化碳。

若設備、管道選材不當或磨損、疲勞、腐蝕、誤操作、維護保養不到位等造成儲罐、管道、閥門等設備設施受損，進而引發硫化氫、一氧化碳泄漏事故，將導致中毒、火災、爆炸事故的發生。

6）過濾、烘干、包裝工序。碳化得到的碳酸鋇漿加熱至90℃，加入純堿脫硫、過濾，鋇漿泄漏將導致中毒、灼燙事故的發生。產品碳酸鋇是白色斜方結晶或粉末，操作人員吸入高濃度的碳酸鋇粉末可造成急性中毒。碳酸鋇漿脫硫工序通常采用蒸汽加熱，高溫蒸汽噴出可導致高溫灼燙。

根據GB 6441—1986《企業職工傷亡事故分類標準》，對上述生產過程可能發生的事故類型進行歸納，并采用風險評價指數（RAC）［3-4］矩陣法，對碳酸鋇生產過程主要的安全風險進行分析，結果見表2。

由表2可以看出，碳化法生產碳酸鋇過程安全風險等級為2級或3級，整個系統可能發生的事故類型其嚴重性等級為Ⅰ～Ⅲ級，可能性等級為C～D級。從嚴重性看系統中無災難性事故。從可能性看系統中無頻發性或多發性事故。其中煤粉投放料、石灰窯制氣、碳化、脫硫工序安全風險較大，安全風險等級為2級，即不希望有的風險，必須采取相應安全措施方可作業。其他工序安全風險等級為3級，即有條件可接受的風險，應采取相關措施降低風險，盡可能避免事故發生。

表2　碳化法生產碳酸鋇工藝安全風險分析結果

3　安全對策及預防措施

3.1防火、防爆措施

1）具有燃爆危險性的生產場所，應充分考慮防火、防雷、抗震、泄壓、安全疏散等安全技術措施，并確保符合國家標準規范要求。2）對涉及易燃、易爆危險物質的壓力容器和壓力管道設置壓力釋放裝置，包括安全閥、釋放閥、壓力控制閥等，一旦超壓，可把危險物料泄放到安全的地方。加強設備、管道、閥門的密封措施，防止可燃物料泄漏引起火災、爆炸事故。定期對儀表檢測裝置進行校驗，確保其可靠性及靈敏度。3）原料煤粉碎、篩分等工序應設置可靠有效的通風除塵系統，降低作業場所粉塵濃度，且除塵系統管網間禁止互通互連。當班人員應定期檢測和清理粉塵，除塵系統停運期間和粉塵超標時嚴禁作業。4）在設備管道連接處、閥門等容易發生泄漏和積聚易燃物質的危險區域，應設置可燃氣體檢測報警儀和火災報警器。5）嚴格控制作業場所內點火源，禁止一切明火，嚴禁吸煙，嚴格控制作業區內的焊接、切割等動火作業，動火需履行嚴格的動火手續和審批程序。6）按照國家標準規范中的要求設置消防設施，配備適當的消防器材。

3.2防毒、防塵措施

1）根據作業環境及生產條件，設備設施應選用耐酸耐腐蝕材質，降低有毒有害物質泄漏的可能性。2）生產過程中可產生硫化氫、一氧化碳等易造成人員急性中毒的有毒有害氣體，應在煅燒、制氣、碳化、脫硫等易泄漏和積聚有毒物質的區域（如采樣口、輸送泵等）設置有毒氣體檢測報警裝置，保證事故通風。鋇漿罐上空存在無組織排放的硫化氫，可采用管道連接鋇漿罐，通過引風機直接引入尾氣焚燒爐進行處理。3）原料稱量、粉碎、輸送等作業中都有大量粉塵產生，原料粉碎、裝卸前可用水噴淋減少粉塵產生。在原料存放地點及粉碎工序，應設置帶噴嘴的水帶。粉碎工序設置引風機，安裝旋風、布袋除塵器，將產生的粉塵收集回收入爐。烘干、包裝工序易產生碳酸鋇粉塵，為作業人員配備必要的勞動防護用品。4）在有毒性危害作業場所應設置淋洗器、洗眼器等安全防護措施，淋洗器、洗眼器的服務半徑不應大于15 m，并配備基本急救藥品和個人防護用品。5）加強對操作人員的安全教育及培訓，使其熟練掌握安全操作技能，了解危險物質特性，正確配戴和使用勞動防護用品及急救用品，提高員工自救互救能力。

3.3其他

1）各類傳動設備均應有可靠的安全防護裝置和緊急停車安全裝置，各種機械設備的安全防護設施應定期檢查維護，確保完好。2）作業人員在操作中要按規定穿戴好防護用品，防止肢體直接接觸高溫設備或酸堿腐蝕性物質。

［1］陳英軍.碳化法生產工業碳酸鋇［J］.河北化工，2005（2）：24-25.

［2］周國泰.危險化學品安全技術全書［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［3］朱木秀，馮定.風險評價指數矩陣方法的研究和應用［J］.辦公自動化：辦公設備與耗材，2004（4）：33-35.

［4］中國就業培訓技術指導中心.安全評價師（國家職業資格一級）［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2010.

聯系方式：lijie95813@163.com

Safety risk analysis and prevention for barium carbonate produced by carbonation method

Li Jie1，Zhu Bin2，Bu Fan1，Gong Chuangzhou1
（1.CNOOC Tianjin Chemical Research＆Design Institute，Tianjin 300131，China；2.Jiangsu Yangnong Chemical Group Co.，Ltd.）

Abstruct：The production course of barium carbonate with carbonation method was one of main processes，which had lots of potential safety hazard，such as fire，explosion，and poisoning etc..By the application of the method of risk assessment code（RAC），the safety risks in the production process of barium carbonate were analyzed，and then measures were put forward to improve the level of enterprise′s safe administration and to prevent the occurrence of accidents.

carbonation；barium carbonate；safety risk；analysis；prevention

TQ132.35

A

1006-4990（2015）12-0060-03

2015-06-18

李潔（1982—），女，碩士研究生，工程師，主要從事安全技術咨詢工作。