電石渣用于制造水泥生產系統安全防爆技術

秦陸軍，何勝平，孫國玉

（1.天辰水泥有限責任公司；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任公司，蘭州 730020）

電石渣是電石制取乙炔過程中產生的廢棄物，利用電石渣生產水泥是電石渣資源化利用最成熟、最經濟的處理方法，但由于電石渣中可能殘存電石顆粒或乙炔氣體，對后續水泥生產的安全性提出了更高的技術要求。本文對以干排電石渣為原料的新型干法水泥生產線出現的的安全防爆問題進行了分析，根據生產工藝過程的實踐，在電石渣貯運、輸送裝置中控制乙炔含量，在維修、檢修等環節嚴格動火制度，針對性的提出防范措施，提高系統的安全性，有效地防止安全事故的發生。

1 濕磨干燒和新型干法水泥生產工藝路線

目前國內電石渣生產水泥的工藝大多采用濕磨干燒的生產工藝。濕電石渣作為生產水泥的一種主要原料儲存在電石渣漿庫內，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，用泵送至壓濾機壓濾出含水為30%～35%左右的料餅，再將料餅送入烘干破碎機，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，水資源浪費比較嚴重，但過量的水與電石發生反應，化學反應比較完全，電石渣中乙炔殘留比較少，對后續電石渣處理環節的防爆安全要求較低。

我公司新型干法水泥生產工藝是將干法乙炔產生的含水3%～10%干電石渣，通過管帶機送到電石渣儲存庫或干混電石渣鋼倉中備用，風積砂、鐵渣或銅渣、粉煤灰、電石收塵灰等工業廢渣按一定的配比進烘干中卸磨粉磨至一定細度的物料，出磨物料與計量后的備用電石渣共同進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進入窯外分解爐入窯進行煅燒成熟料。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生反應，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

與傳統的濕法乙炔生產工藝不同，干法乙炔工藝是將水以霧態噴在3mm～6mm電石顆粒上使之水解，反應熱由水汽化帶走，經由洗滌塔進行水洗降溫除塵。這種生產方法具有低成本、污染小的優越性，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的優質原料。如果乙炔生產裝置出現生產故障時，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的含水4%以下的干電石渣，乙炔氣更易溶在其內。同時，可能會存在未參與反應電石顆粒混入電石渣。近年來在全國范圍內新型干法電石渣水泥生產線的試生產和投產過程中，發生過因乙炔氣體富集超標而引起閃爆或火災事故屢見不鮮，造成人身傷害和財產損失，對社會產生重大安全影響。

案例1：2008年1月，我公司120萬噸干法乙炔法PVC項目配套電石渣水泥一期項目試生產運行過程中，電石渣入庫NE板鏈式提升機，在輸送電石渣的過程中時，發生一起乙炔氣爆炸事故，造成提升機機身部分解體，殼體飛離原安裝現場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聚氯乙烯，是全國首條干法乙炔制備生產線，在干法乙炔發生領域，處于試驗摸索階段，對生產安全的控制上，認識不夠深刻，大顆粒的電石沒有反應完全，在輸送的過程中逐步反應，并富集于入電石渣庫的提升機殼體內，達到爆炸極限。提升機在運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，是導致乙炔氣體發生爆炸事故的主要原因。

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

案例2：2009年10月我公司二期新型干法水泥3000t/d電石渣水泥生產線，試產初期，在電石渣干燥與分離系統的硅鐵倉發生閃爆事故。在投料試產期間完善系統的過程中，生產車間準備在裝有防爆系統的硅鐵倉上面安裝排氣通風口，在割槍開口動火的瞬間，發生爆燃，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完全的電石顆粒，雖然硅鐵倉是排空的，但生電石反應后生成的乙炔氣體殘留在倉內，乙炔氣體與空氣混合達到燃爆臨界點，遇到明火，發生爆燃。

吸取的經驗教訓：（1）試投產期間，在危險因素辨識上存在經驗不足，沒有意識到電石渣干燥與分離系統會含有未反應完全的電石顆粒，發氣后在倉內持續富集。（2）現場管理及安裝人員無安全意識，未按照我公司安全規程操作，進行動火審批。未進行乙炔濃度現場取樣分析。（3）硅鐵倉中殘留電石渣顆粒，未對其進行針對性管理，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

電石與水反應生成乙炔，乙炔在常溫下是氣態，純乙炔為無色無味的易燃、有毒氣體。工業生產的乙炔含有磷、硫等雜質，乙炔因混有硫化氫（H2S）、磷化氫（PH3）、砷化氫，帶有刺激性臭味，性質活潑，熔點（118.656kPa）-80.8℃，沸點-84℃，相對密度0.6208（-82/4℃），閃點（開杯）-17.78℃，自燃點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工藝中主要存在易燃易爆物質乙炔氣體，如果乙炔濃度超標，一旦遇到火源，即可發生火災爆炸事故。乙炔還可以和銅、銀發生反應生成不穩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，注意不得混合密閉存放，混合粉磨后需要采取相應的技術安全措施。

4 干法電石渣制水泥安全防爆技術措施

4.1 加強乙炔源頭控制

4.1.1 進入乙炔發生器電石粒度的控制

嚴格控制電石渣的破碎粒度，采用適宜的篩分裝置和工藝，必要時采用多次篩分，防止大顆粒電石混入，杜絕大顆粒電石進入乙炔發生器，保證電石在發生器內的完全反應。我公司電石破碎粒度控制在5mm以下，嚴把質量關，嚴格控制篩分過程，防止大顆粒電石混入乙炔發生器。

4.1.2 進入乙炔發生器用水量控制

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

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鍵場所，在庫頂要設置排氣裝置，定時不定時地排氣，對庫內進行及時通風置換，確保將乙炔氣體濃度控制到爆炸下限以下。保持定時常態化監測并重點監控。同時建立雙向溝通機制，發現氣體濃度超標，除了加強通風外，及時通知前道生產工序，對乙炔發生過程進行檢查，分析問題、解決問題要及時準確、徹底，杜絕未反應完全的電石顆粒出現。同時，當乙炔生產不穩定時，及時通知水泥生產系統，做好應急處理預案。

4.2 使用防爆裝置

電石渣儲運相關的電機、排風扇、電源箱、操作柱、電動葫蘆、收塵器等電氣設備在設計時就采用防爆等級符合安全規范要求的裝置。不得隨意在電石渣儲運設備區域內使用如手槍電鉆、磨光機等易產生電火花的工具、電器，使用的低壓型燈也應選用防爆型。相關設備采取接地、防靜電和防雷措施。重點防爆崗位的入口設置人體除靜電裝置，崗位操作人員應穿防靜電工作服和工作鞋。電石渣儲存庫和提升機等設施的最高點裝設避雷針等避雷裝置，并獨立接地。在儲存庫、鋼倉、輸送裝置、除塵裝置等位置，設置若干防爆膜，防止意外事故發生，損壞設施及裝置。崗位操作人員在電石渣庫清堵通料作業時不得使用鐵錘等敲擊鋼鐵倉壁，應使用木錘或橡膠錘操作。

4.3 對儲運生產設備及系統采取密閉措施，增加充氮氣保護裝置

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或者斗式提升機、鋼絲膠帶提升機等，應當設置專用充氮氣或惰性氣體等保護氣體的設施，當受限空間內的乙炔濃度升高時，及時充氣置換。此外，電石渣輸送設備需采用備用系統，保證干法乙炔產生的干電石渣能源源不斷輸送到水泥生產裝置，確保生產運行連續性。

4.4 乙炔濃度在線監測

從干法乙炔制備裝置到電石渣輸送線路上，設置多個乙炔濃度采集點，特別是電石渣庫和硅鐵倉等重點部位，加強采集頻率，安裝在線乙炔檢測分析儀及在線氧氣分析儀，實施不間斷時時分析，分析數據傳輸至DCS控制室，設置預警限值和報警界面，進行全程在線監控。一般將報警濃度定為氣體爆炸下限的25%。

4.5 動火審批制度

傳統水泥的生產裝置及設施除煤粉制備系統均為非防爆場所，而新型干法電石渣生產水泥系統，防爆要求等級大大提高。對生產廠區實行全員、全區域防火防爆，禁止煙火。所有動火作業必須進行分級管理，逐級審批，對電石渣輸送設備、儲存庫、倉、罐等場所維修動火，氧、電焊作業實行最高等級動火管理制度，并且采取相應的應急措施。動火作業申請審批完畢后，先進行乙炔濃度檢測，分析結果合格后，方能進行動火作業。

4.6 作業場所的動火控制

電石渣貯運場所維修、檢修作業時，需簽動火審批表，其中必須要寫明動火原因及具體的動火位置，及應急措施，動火指標要求乙炔濃度＜0.25%，但現場動火作業要求乙炔氣體取樣分析濃度為0，方可進行動火作業，防止因乙炔爆炸，損毀生產裝置、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重點防范

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，多數生產企業對其進行分離，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完全的電石顆粒，在潮濕或遇水環境繼續發氣，應對儲存倉定期排放灰渣，不宜長時間存放，倉內應充氮氣保護。對排出的含有電石渣顆粒的灰渣需單獨堆放管理，防止乙炔氣體富集，發生爆炸事故。

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禁和與乙炔發生反應的重金屬混合使用，因為乙炔能與多種金屬發生化學反應，在一定條件下生成較危險的金屬炔化物，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致強烈的分解、爆炸。在水泥生產中與乙炔氣體接觸的設備、管道、管件、閥門、儀表等應采用鋼材、鑄鐵或鑄鋼等常用材料，嚴禁使用銅、銀（包括銅焊、銀焊）、汞等材質的裝置。

5 結束語

利用氯堿化工產生的工業廢渣電石渣生產水泥，是電石渣大摻量、無害化處理工業廢渣的主要途徑，是電石渣的資源化利用的最徹底的一種方式，是目前工業廢渣有效處理的示范，但與傳統石灰石制水泥在工藝方式有安全本質上的差別，電石在與水發生反應時，大顆粒的電石在一定的時間內，在固定用水量的條件下，反應不完全，給后續廢渣的處理過程帶來安全風險，以上提出干法電石渣制水泥防火防爆安全技術措施，只要把安全技術措施落實到生產過程中，特別是不可忽視多種廢渣共用時的安全管理，就可大大地提高干法電石渣制水泥系統的安全性，有效地防止事故的發生。使氯堿化工的主要廢渣電石渣得到安全處理，實現變廢為寶，使企業與環境，環境與資源協調發展。

參考文獻：

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

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

[3]鄒澤平.乙炔生產過程危險性分析[J].中國氯堿，2012（9）.

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

[5]秦麗.溶解乙炔生產安全管理[J].科技與企業，2012（19）.