密閉電石爐漏水原因、解決辦法及預(yù)防控制策略

田明明，劉小龍，呼順利，石錦鵬(陜西北元集團(tuán)錦源化工有限公司，陜西 神木 719319)

0 引言

電石(碳化鈣)主要用于有機(jī)合成工業(yè)，如：乙醛、醋酸、聚氯乙烯等。近年來(lái)，電石大量用于鋼鐵脫硫，使電石得到新的用途，在電石制乙炔方面的潛力還很大，電石乙炔很有發(fā)展前途。近年來(lái)，電石行業(yè)內(nèi)造成嚴(yán)重安全事故的主要因素之一便是密閉電石爐漏水，常引發(fā)非常嚴(yán)重的后果。電石爐漏水不僅直接導(dǎo)致停機(jī)問(wèn)題，對(duì)于生產(chǎn)效率、電石產(chǎn)量等產(chǎn)生負(fù)面影響，還會(huì)提高設(shè)備的維護(hù)與檢修的成本，提高生產(chǎn)過(guò)程中的電能消耗，違背了現(xiàn)階段化工企業(yè)積極推進(jìn)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的目標(biāo)，對(duì)企業(yè)轉(zhuǎn)型產(chǎn)生不利[1]。因此，電石企業(yè)必須對(duì)密閉電石爐漏水問(wèn)題進(jìn)行高度重視，對(duì)其漏水的影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析，制定出對(duì)應(yīng)的防治措施。保障密閉電石爐生產(chǎn)的安全性，具有十分重要的意義。

1 密閉電石爐設(shè)備漏水的原因分析及解決辦法

1.1 金屬隨溫度變化導(dǎo)致性能變化，引發(fā)設(shè)備漏水

(1)工業(yè)碳化鈣制作原料為白灰與碳素，通過(guò)輸送配料系統(tǒng)及均勻混合而進(jìn)入密閉電爐中，利用電弧熱及電阻熱，爐料在1 800～2 000 ℃高溫下呈現(xiàn)熔融狀態(tài)而制成。CaC2的生成反應(yīng)式如下：

這是一個(gè)吸熱反應(yīng)。為完成此反應(yīng)，必須供給大量的熱量。金屬長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，使金屬發(fā)生塑性變化和應(yīng)力松弛，發(fā)生的組織和性能變化，主要損壞部位為接觸元件、底環(huán)、水冷護(hù)屏、中心爐蓋、爐蓋、水冷密封套底座等。冷卻循環(huán)水漏入電石爐內(nèi)，石灰遇水大量粉化，石灰遇水會(huì)放出大量的熱，粉化石灰導(dǎo)致爐料透氣性變差，發(fā)生塌料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生燃爆危害，使設(shè)備受損同時(shí)危及操作人員生命安全與健康，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失[2]。

水在遇到高溫的物料時(shí)會(huì)出現(xiàn)劇烈性膨脹，若是水出現(xiàn)了汽化，在標(biāo)態(tài)下，其體積則會(huì)膨脹1 244.44倍左右，而電石爐表面料面的溫度到達(dá)700 ℃，體積就會(huì)膨脹4 433倍左右，若是到達(dá)了2 000 ℃的液態(tài)電石熔池，其體積則會(huì)膨脹10 356倍左右。所以，一旦出現(xiàn)漏水，且漏水到了爐內(nèi)的料面以下，發(fā)生劇烈反應(yīng)，大量氣體排不出去形成塌料，造成設(shè)備損傷導(dǎo)致漏水[3]，圖1展示了密閉電石爐爐蓋漏水處切割剖面圖。

圖1 密閉電石爐爐蓋漏水處切割剖面圖

(2)密閉電石爐漏水后可以發(fā)生系列化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而產(chǎn)生爆炸性氣體。水和高溫的碳可以發(fā)生H2O+C=H2(g)+CO(g)，當(dāng)深入熔池與電石產(chǎn)品進(jìn)行接觸后，則會(huì)產(chǎn)生乙炔，2H2O+CaC2=Ca(OH)2+C2H2(g)。以上三種氣體于空氣中的爆炸極限分別為：C2H2(2.1%～80%)、H2(4.0%～75%)、CO(12%～74%)。因?yàn)槿N氣體在爆炸極限范圍相對(duì)較大，于是極易和空氣混合進(jìn)而形成混合型的爆炸氣體，最終引發(fā)爆炸安全事故。

1.2 原材料指標(biāo)不合格、操作不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е侣┧敖鉀Q措施

(1)焦粉水分不達(dá)標(biāo)、白灰氧化鎂高、粉末大，氧化鎂含量高時(shí)爐料易板結(jié)，物料透氣性差，引發(fā)塌料，燒壞設(shè)備、絕緣損壞連電刺火，導(dǎo)致爐蓋、中心爐蓋、水冷密封套底座、底環(huán)、護(hù)屏漏水[4]。解決辦法：一是從源頭把關(guān)，嚴(yán)格控制原料質(zhì)量指標(biāo)，烘干焦粉水分≤1%，白灰氧化鎂≤1.5%；粒度8～50 mm；二是定期進(jìn)行料面處理，防止料面板結(jié)導(dǎo)致透氣相差，引發(fā)塌料噴料造成設(shè)備連電刺火漏水。

(2)爐內(nèi)翻電石燒壞設(shè)備、絕緣損壞連電刺火，導(dǎo)致爐蓋、中心爐蓋、水冷密封套底座、底環(huán)、護(hù)屏漏水。解決辦法：一是控制電極工作長(zhǎng)度，嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，加強(qiáng)人員操作技能培訓(xùn)，提高操作技能；二是嚴(yán)格按照工藝要求每小時(shí)出爐一次，且做到三個(gè)爐眼輪流出爐，杜絕因長(zhǎng)時(shí)間不出爐或操作不當(dāng)造成翻電石現(xiàn)象發(fā)生。

(3)循環(huán)水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致結(jié)垢、材料腐蝕引發(fā)漏水。解決辦法：選擇密閉冷卻水系統(tǒng)，控制循環(huán)水進(jìn)水溫度30 ℃為宜，加緩蝕阻垢劑，控制水中的氯離子，減少氯離子對(duì)不銹鋼的腐蝕。

(4)檢修技能差，絕緣處理不達(dá)標(biāo)，焊接技術(shù)不過(guò)關(guān)。解決辦法：一是嚴(yán)把檢修質(zhì)量，規(guī)范安裝絕緣，絕緣管必須套入絕緣墊內(nèi)，用電焊機(jī)打絕緣，不起弧為合格；二是加強(qiáng)檢修人員焊接技能培訓(xùn)，合理選用焊材；對(duì)使用多年的設(shè)備采用挖補(bǔ)焊接，清除水垢，打磨腐蝕部位后重新焊接。

(5)錯(cuò)誤性操作導(dǎo)致水進(jìn)入熔池：第一，漏水過(guò)程活動(dòng)電極或是料層表面存在積水時(shí)活動(dòng)電極，都會(huì)使水隨料層松動(dòng)而進(jìn)入到料面下的高溫區(qū)域，甚至流入電石熔池，進(jìn)而導(dǎo)致噴料或者燃爆；第二，漏水過(guò)程閥門關(guān)閉不及時(shí)，或閥門標(biāo)識(shí)不清，導(dǎo)致漏水閥門誤開，引發(fā)水進(jìn)入料面下的高溫區(qū)域，發(fā)生噴料或者燃爆安全事故[5]。解決辦法：一是嚴(yán)禁在料面有積水的情況下活動(dòng)電極，用干料將電極周圍圍實(shí)，防止水流入電極熔池，將積水及濕料及時(shí)耙出，待水分蒸干后作業(yè)；二是閥門標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確，準(zhǔn)確判斷漏水部位，用彩鋼瓦將漏水接出爐外。

2 預(yù)防控制策略

2.1 科技引領(lǐng)發(fā)展

依靠科技發(fā)展，實(shí)施“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，保障人員安全。

(1)在電石爐二樓增設(shè)智能巡檢機(jī)器人，避免人員直接巡檢存在的安全問(wèn)題。

(2)增設(shè)自動(dòng)打爐門裝置，提高安全指數(shù)。在爐蓋上，進(jìn)行爐門自動(dòng)開閉裝置設(shè)置、料面自動(dòng)化處理裝置設(shè)置等，由機(jī)器代為操作，降低人為操作風(fēng)險(xiǎn)，避免操作人員出現(xiàn)安全事故。

(3)增設(shè)保護(hù)隔離裝置。一是在爐子周圍設(shè)置硬隔離墻、甲級(jí)防火門，門禁管理設(shè)置密碼、指紋鎖，設(shè)置權(quán)限由專人管理，對(duì)需要巡檢和觀察的人員實(shí)施保護(hù)；二是嚴(yán)格控制處理料面準(zhǔn)入條件不超3人作業(yè)，即處理料面、檢查爐況2人作業(yè)，1人監(jiān)護(hù)，穿戴好防火隔熱服、全頭盔等個(gè)人防護(hù)措施。

2.2 嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范操作

(1)嚴(yán)格按照《電石行業(yè)準(zhǔn)入條件(2014年修訂)》和GB/T 32375—2015《電石生產(chǎn)安全技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行操作。(2)針對(duì)電石爐漏水導(dǎo)致安全事故，國(guó)家、地方及相關(guān)企業(yè)都進(jìn)行了制度規(guī)范的制定，以降低事故的發(fā)生率與危害度，但依舊存在部分企業(yè)重視生產(chǎn)而忽略安全，存在制度與規(guī)范執(zhí)行不到位的嚴(yán)重問(wèn)題，各企業(yè)要牢固樹立安全一失萬(wàn)無(wú)的理念，杜絕事故的發(fā)生[6]。

2.3 規(guī)范人員行為，確保作業(yè)安全

(1)提高電石爐操作人員的操作技能水準(zhǔn)，強(qiáng)化人員技能培訓(xùn)，對(duì)工藝指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，利用精心、熟練的操作減低漏水的發(fā)生概率。

(2)當(dāng)氫含量高、爐壓波動(dòng)大、大塌料、料面溫度高、循環(huán)水量和溫度變化等漏水時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉電石爐，在未完成爐內(nèi)積水及帶水爐料處理時(shí)，禁止活動(dòng)電極及料面處理；未對(duì)爐內(nèi)的氣體進(jìn)行有效置換時(shí)，禁止打開爐門；電石爐漏水后未將凈化系統(tǒng)置換至氫含量<4%，CO含量<12.5%時(shí)，嚴(yán)禁開爐門；人員依舊處于不安全區(qū)域時(shí)，禁止活動(dòng)電極。

(3)在檢修過(guò)程中，禁止活動(dòng)電極，液壓系統(tǒng)斷電、掛牌，關(guān)閉液壓進(jìn)出閥門上鎖，爐內(nèi)焊接作業(yè)必須分析合格，CO濃度≤16 mg/L，料面空洞必須夯實(shí)，料面鋪設(shè)鐵皮、耐高溫防火毯，穿防火服、全頭盔、攜帶便攜式一氧化碳檢測(cè)儀，時(shí)間超過(guò)15 min時(shí)，更換作業(yè)人員，確保處于安全狀態(tài)；處理料面時(shí)嚴(yán)禁人員在爐蓋上作業(yè)，控制人員不超8人。

2.4 加強(qiáng)人員培訓(xùn)教育，提高安全操作技能，降低安全風(fēng)險(xiǎn)

牢固樹立培訓(xùn)不到位則意味著重大安全隱患的存在的思想理念，針對(duì)電石爐漏水引發(fā)的安全事故，制定防范措施，舉一反三排查，吸取別人的事故就是我們的教訓(xùn)，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提升人員實(shí)操技能，使人人掌握并遵照?qǐng)?zhí)行，實(shí)現(xiàn)零事故目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

安全是員工最大的福利，是企業(yè)最大的效益。密閉電石爐工作溫度非常高，一旦發(fā)生漏水問(wèn)題，輕則影響企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品、生產(chǎn)效率、提升能耗，重則對(duì)員工人身安全產(chǎn)生重大威脅、造成設(shè)備的損壞等，因此必須對(duì)其高度重視。密閉電石爐漏水發(fā)生安全事故，從高溫環(huán)境金屬組織性能變化、原材料標(biāo)準(zhǔn)控制、人員行為因素、管理制度執(zhí)行、人員操作技能培訓(xùn)、提高操作技能水平、組織定期開展事故應(yīng)急演練，提高應(yīng)急能力，利用現(xiàn)代科技代替人，從而使安全向零事故管理目標(biāo)邁進(jìn)。