新能源材料工藝流程的安全研究

李江偉

摘 要：隨著不可再生能源的消耗，新能源應運而生。新能源材料中的環氧樹脂因其良好的加工性、低收縮率等特性得到了廣泛的應用。本文研究其在生產工藝流程過程中的安全環保和工藝的流程改進，投入使用后無重大安全事故發生。

關鍵詞：環氧樹脂；工藝流程；環保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.033

0 引言

不可再生能源是一種消耗資源，一旦枯竭了就不能再生。我國雖地域遼闊，資源豐富，但人口基數大，能源消耗大，因此目前已引起了部分資源的緊缺，例如汽油。同時我國的經濟結構發展不均衡導致各地的科技水平差異較大，資源的整體利用率不高導致的資源大量浪費。因此對于新能源材料的發現和生產已迫在眉睫。

新能源材料中的環氧樹脂因其良好的加工性、低收縮率等特性在工業社會中獲得了廣泛的應用，主要致力于風力發電、新能源汽車行業等。其傳統工藝流程如下。工藝主要分為進料、循環攪拌、出料三個階段，在工藝流程中通常將生產設備直接放置在地面上，且為了操作方便，常將三個階段中的軟件、硬件分開進行操作。這種完全獨立的操作方式會導致設備多且雜亂，地面鋪設的管道復雜，因釜體的稱重計量主要依靠釜底的稱重感應器，設計將釜體落到地面上，這會給工作人員造成很大不便，經常發生燙傷、絆倒等安全事故。為了解決環氧樹脂生產過程中安全故事故問題，本文提出將泵體管道進行共享，并將管道設計為立體式布置，使其直立在車間中；同時將釜體以及大部分設備都抬升至3米后，0米地面留出了足夠多的操作空間，極大的提高了操作安全性。

1 環氧樹脂

1.1 環氧樹脂的定義

環氧樹脂是一種新能源材料的化學聚合物，通常分子中包含兩個或以上的環氧基團。環氧基化學反應活躍，可通過多種方式熱開環，是一種熱固定樹脂。環氧樹脂的產量高，品種多，能夠很快的投入使用，因此是一種非常適合大規模生產的新能源材料。我國從1958年就研究環氧樹脂，并迅速在全國范圍內進行推廣和應用，且各種新的類型的環氧樹脂逐漸被研究出來。

1.2 環氧樹脂的特性

環氧樹脂具有活潑的化學特性和穩定的物理特性，因此具有多樣化的特性：

（1）形式多樣化：各種形式的樹脂、固化劑等都能基本滿足要

求，其可以從極低的粘度到高熔點固體都兼容。

（2）收縮性低：環氧樹脂混合固化劑是直接化學反應開環聚合，無其它的有害物質生成，與其它類型的樹脂相比，有較低的收縮性（<2%）。

（3）化學穩定性：環氧樹脂體系在耐酸堿度、溶劑等都具有非常好的優勢，因此具有相對應的化學穩定性。

（4）電性能：環氧樹脂體系的材質都是耐漏電、靜電等的絕緣

體。

2 新能源材工藝流程

2.1 項目目標

公司在2015年計劃新建環氧樹脂產線，主要生產混配環氧樹脂、混配固化劑兩種主要產品，在建成后將致力于應用在風力發電及新能源汽車行業，

這兩個行業在國內起步都比較晚，具有很好的發展空間。

本項目計劃年生產混配環氧樹脂和固化劑共計5萬噸，產品由下游企業直接用作風電葉片的真空灌注或者涂覆，如表1所示，主要原輔料名稱及年需求量如表2所示。

2.2 傳統的新能源工藝流程

具體的傳統工藝流程主要分為進料、循環攪拌、出料三個階段，如圖1所示。本項目的生產工藝主要是物理混配生產，主要步驟是：

（1）采用輸送泵將槽車或噸桶中的原料（液體環氧樹脂或固化劑）抽取到車間的密封釜體內；

（2）在釜內經過攪拌電機60-90min的攪拌；

（3）經質檢部檢測合格后，從自動灌裝系統里灌裝出來。

但原有設計通常把所有設備放置在0m地面上，釜體的稱重計量主要依靠釜底的稱重感應器，且為了操作方便，常把這三個階段的軟件和硬件全部獨立開來。這樣的設計，造成地面設備多而雜亂，管道平鋪在地上，釜體落到地面上，員工在清理地面、取樣等操作時，經常出現燙傷、絆倒、碰擦的安全事故。

2.3 新能源材料工藝流程改進

為了解決上述問題，本文設計了新的工藝流程以解決上述安全問題。經過反復的優化，最后我們形成了下方的新工藝流程。使用該設計，泵體從三個減為一個，大部分管道可以實現共享共用，管道采用立體式布置，不會平鋪在地而造成絆倒現象。釜體以及大部分設備都抬升至3米后，0米地面留出了足夠多的操作空間，極大的提高了操作安全性，如圖2所示。

如果要實現新工藝流程，也會帶來幾個新的安全問題。

（1）管道共享后硬件劃分沒那么清晰，員工可能會使用錯誤，工藝安全性無法完全保證。我們決定從軟件系統上彌補硬件的問題，即將進料、循環攪拌、出料三個階段在軟件系統里明確劃分出來，在各個管道節點上設置三通氣動電磁閥。每個電磁閥上都有一個點位。三個階段中，哪些閥門需要開、關，在系統中設置清楚，員工只需要確認生產階段，按鍵后系統自動操作，從本質安全上保證了工藝的安全。

（2）泵體及釜體抬升至3m后，使用過程中因為其重量都架在鋼結構上，且攪拌時會有震動，在實際運行時會有結構安全和設備使用泄漏安全的問題。這個問題最重要的就是減震、緩震的設計。整個鋼結構平臺進行了加固設計，對于泵體的抖動，我們進行了單獨平臺設計。將泵體與周邊設備的鋼平臺區域進行了切割操作，從地面升立柱進行支撐。這樣確保了整個平臺不會產生共振等問題，保證了結構安全。針對平臺設備，例如，流量計設備，我們選擇可直接測量介質的密度和流量的質量流量計，無需任何壓力、溫度補償，通過動態平衡的方式精密計算，保證其使用功能不受影響，在此基礎上，前后加裝了金屬軟管等柔性連接，同時，在三通管道處加裝了止回閥，防止液體倒流，最終在實際運行中，保證了設備及管道無泄漏現象。

3 新能源材料工藝流程的環保研究

新能源材料的重點就是可再生、高效、無污染，因此在新能源的生產過程中，需要特別重視工藝流程中的污染物的排放和回收利用。本項目的生產工藝及污染物產生處理流程圖3如下：

本項目生產設備為密閉的自動工藝。所用原料基本分為兩類：一是全密封的不銹鋼槽車罐應我司要求，當天送料卸料；二是為密封的噸桶包裝，內部為硬質塑料內膽，外部包覆不銹鋼圍箍。原料基本不存在泄漏和廢氣產生風險。原料接好管好，員工控制氣動按鈕，在輸送泵的作用下，原料通過密封管道進入混合釜體內。混合釜體為全密封不銹鋼結構，在其頂部安裝有呼吸閥和吸氣罩。當內部因輸料過程帶來氣體，釜體內外形成壓差后，呼吸閥打開，氣體通過吸氣罩和專用密封管道輸送到活性炭和排煙煙囪。混合完畢后，成品從釜體底部的自動管裝系統輸送到成品包裝噸桶內，該系統同樣是密閉的，無氣體散逸。

建設單位從技術上對所有關鍵參數，如溫度、轉速、壓力等都設置了PLC監控和報警系統，出現意外能立即停機，防止環保事故的發生。同時，現場放置了化學品應急處理箱、防泄漏專用收集桶等裝置，能在萬一產生泄漏時及時處理，保護現場。

加料過程產生的揮發氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計））可能會有逸散，在各個可能發生散逸的工位設置吸氣臂，共設置10個吸氣臂（每個釜1個），每個的風量約為400m3/h，總風量為4000m3/h，則揮發氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計））的產生濃度約為5.1mg/m3；揮發氣體經吸氣臂收集后經過活性炭集中吸附處理，處理效率按90%計算，排放濃度為約為0.51mg/m3。處理后的揮發氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計））通過房頂15m高排氣筒E1（位于廠房的東北角）排放。活性炭對有機廢氣的飽和吸附量按照約125g/kg活性炭，則本項目產生的廢活性炭約為293.4kg/a。建設單位應定期和及時更換活性炭，建議建設單位對活性炭的有效性進行定期監測，以確保其有效性。

本項目在正常生產條件下不涉及清洗工藝，無工藝廢水產生，主要廢水為生活污水，員工排放的生活污水約225t/a（按30L/人·日）計算，主要污染物為COD、SS、氨氮。生活污水排入園區市政管網，經園區預處理之后接入市政管網。生活污水排入園區市政管網，經預處理后之后接入市政管網，最終進入污水處理廠經處理達標后外排，不會對周圍地表水造成污染。

本項目產生的固體廢物分為生活垃圾、一般固廢以及危險固廢。生活垃圾收集后由環衛部門定期統一清運處置；一般固廢主要為包裝袋等固體廢物和損耗粉料，集中收集后定期委外統一清運處置；危險固廢主要包括一次性手套、擦拭紙（HW49），樹脂類殘渣及濾網（HW13），以及實驗室溶劑類廢物和器皿清洗廢水（HW06）；廢活性炭（HW09）產生量約0.3t/a，已由建設單位委托有相應處理資質的處理單位處置。

同時針對項目可能發生的突發事故，也建立了環保事故應急預案，預案中明確了應急響應程序，并成立了應急救援組織機構，明確了組成人員的職責劃分。目前有兼職的環保、健康、安全工程師一名，在未來逐步加大投產后，會建立專門的環境管理職能部門，配備專職環境安全健康管理人員，負責本項目的日常環境管理和對污染源的監控，同時配合地區環保部門做好監測抽查工作，配合當地消防、安保、醫療等相關部門制定事故應急措施和方案。

4 結論

隨著不可再生能源的消耗，研究者們都逐漸尋找一種代替不可再生能源的新能源材料。新能源材料環氧樹脂因穩定的化學特性、低收縮率等特性受到了廣泛的應用和推廣。在環氧樹脂工藝流程的安全研究中，主要考慮的是工藝流程中的環保工作和工藝流程的改進。

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