铜冶炼厂安全设施设计浅析

赵晋，龙燕

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

铜冶炼厂安全设施设计浅析

赵晋，龙燕

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

铜冶炼厂从原辅材料到产品的贮存、使用过程均存在着各种安全因素，铜冶炼厂的安全生产和劳动者的人身安全及周边的环境安全是此类企业工程设计的重要环节。在对铜冶炼厂各工艺过程及设备的危险有害因素进行分析筛选的基础上，简要说明了现阶段国内大型铜冶炼厂设计采用的主要安全防范设施,为铜冶炼厂及类似企业的安全设计提供参考。

铜冶炼；安全因素；设施设计；风险防范；管理体系

0 前言

铜是重要的基础工业原材料,在国民经济各个领域中有着广泛用途和重要影响。随着我国在铜冶炼技术方面的突破和创新,大型铜冶炼厂的生产能力已普遍达到200 kt阴极铜/a以上,江铜、安徽铜陵等超大型铜冶炼厂的生产规模甚至已达到百万吨,为发展地方经济和解决就业方面起到了举足轻重的作用。铜冶炼厂以铜精矿为原料,采用火法熔炼生产阳极铜,电解精炼生产阴极铜,冶炼烟气副产浓硫酸,主要危险因素有火灾、爆炸、中毒等,在有色金属冶炼领域具有较强的代表性,下文拟针对采用火法冶炼的铜冶炼厂的安全设施设计做一简要分析。

1 铜冶炼厂的危险、有害因素分析

1.1 铜火法冶炼工艺过程简述

铜火法冶炼的一般工艺[1-2]为：铜精矿经配料后由蒸汽干燥机干燥至含水率＜0.3%以下，经加料系统喷入闪速熔炼炉的炉体内，在天然气和氧气形成的高温氧化氛围内生成铜锍；铜锍进入吹炼炉得到含铜＞95%的粗铜；粗铜再进阳极炉经氧化、还原过程得到含铜＞98%的阳极铜；阳极铜浇铸成阳极板，采用湿法电解工艺得到含铜99.99%的阴极铜。闪速熔炼和吹炼过程产生的含高浓度SO2烟气经余热锅炉回收余热和收尘后，采用两转两吸工艺生产硫酸；熔炼渣经缓冷后采用磨浮工艺回收铜精矿；电解过程产生的阳极泥采用卡尔多炉火法熔炼+湿法电解工艺回收金、银、硒等有价金属[3]。相应的铜冶炼厂主体工程有精矿库、熔炼车间、制酸车间、电解车间、贵金属回收车间、渣缓冷场和渣选矿车间，辅助工程有LNG站、氧气站、空压站、纯水站、总降变压站、应急柴油发电机房等。

具体的工艺流程及主要危险因素分布环节可见图1。

图1 铜火法冶炼过程及危险因素分布

1.2 危险化学品

以铜精矿为原料的铜火法冶炼厂使用(及产生)的危险化学品有十余种，包括硫酸、二氧化硫、氧(压缩的)、氮(压缩的)、氯气、天然气、盐酸、氢氧化钠、硝酸、砷化氢、硫化氢、五氧化二钒等。依据《危险化学品名录》(2002版),天然气属于易燃气体，氯气、二氧化硫、硫化氢、砷化氢属有毒气体,氧(压缩的)、氮(压缩的)属不燃压缩气体，硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠属液态腐蚀品,五氧化二钒属固态毒害品。上述危险物料的使用(及产生)环节及主要危险因素见表1。

表1 铜火法冶炼使用(及产生)危险因素

1.3 生产过程

生产过程中存在的危险、有害因素主要有火灾爆炸、机械伤害、起重伤害、高处坠落、灼烫、触电等，各生产设施和辅助设施存在的危险有害环节见表2。

表2 生产过程主要危险、有害因素

2 铜冶炼厂的安全设施设计

2.1 设计原则

针对铜火法冶炼工艺流程长，生产环节多，大部分工序都不同程度地存在不安全因素和问题的特点，按照“安全第一、预防为主”的方针，首先应选择自动化程度高、安全可靠的工艺方案和设备，提高生产过程的本质安全性；其次是从科学布置的角度，在满足安全间距的前提下保证生产过程的顺畅便捷；再次是设置必要的安全防范、应急救援设备与装置，最大限度地减少事故的发生，减轻伤害的程度。

2.2 生产装置的主要安全措施

铜冶炼厂的生产装置主要布置在熔炼车间、电解车间，这些生产装置处理的介质特点是数量大、蕴含的能量大(包括热能、化学能)、有毒害性,因此选择大型化、自动化的冶炼设备成为保障生产安全的重要环节。目前使用成熟的冶炼设备包括闪速熔炼炉、闪速吹炼炉、回转式阳极炉等。以具有国际先进水平的铜冶炼“双闪”工艺设备为例：闪速熔炼炉具有技术先进成熟可靠、精矿对炉衬的浸蚀少、可进行高富氧熔炼、炉子密闭性好，烟气量小，SO2浓度高、烟气处理容易，熔炼过程可以自热，燃料适应性强、易于操作和控制、环境保护及劳动条件好、扩产潜能大等特点；闪速吹炼炉具有设备台数少、占地小,烟气量小,SO2浓度高,无低空污染,环保效果好,作业连续稳定,自动化程度高,炉体寿命长,耐火材料消耗量低的特点。单台闪速熔炼炉及闪速吹炼炉组成的“双闪”系统可达到400 kt阴极铜/a的处理能力。

为保证生产过程的稳定可控，大型铜冶炼厂都配置了DCS控制系统对生产过程进行集中监控[4]。控制系统的监控内容主要包括：所管辖区域的工艺生产过程参数（温度、压力、流量、料位、重量、成分分析、速度和电导率等）的监视；主要机电设备运行状态和参数（开、停、故障、电流和电压等）的监视；主要工艺参数的自动调节；数控设备装置的控制管理；设备的联锁启停保护等。电力设计采用双回路供电，同时备有应急柴油发电机，确保外部电源出现故障时能在30 s内自动启动，防止停电而出现的各种事故[5]。锅炉、起重机、厂内专用车辆、压力容器及管道等特种设备的设计、制造严格按国家的规定，加强检查，鉴定合格方可使用,以防事故发生。

2.3 总图布置和建筑物安全设计

铜冶炼厂总图布置一般将人员出入口和货物出入口分开设置，氧气站、总降变压站、酸库、LNG站、贵金属回收车间等危险等级高的车间设单独围墙进行隔离。厂区的综合管网采用管桥架沿道路敷设，分层布置管道，底层净高＞5 m。对于运送危险化学品的车辆，在厂内设有专用的路线及警示标识，以保障运输安全[6]。

主要建筑物包括铜精矿库、熔炼车间、电解车间、渣选矿车间等，安全等级为二级，耐火等级均为二级。钢结构各承重构件防火按规范要求进行防火处理。根据各车间的腐蚀性质，对不同车间、不同部位,进行不同防护处理，一般构造如下：1)地面、地坑、地沟采用乙烯基树脂玻璃钢隔离层，花岗岩或耐酸砖面层，或者采用聚脲整体防腐面层；2)楼面采用乙烯基树脂玻璃钢隔离层，改性呋喃树脂混凝土或耐酸砖面层，或者采用聚脲整体防腐面层；3)内墙面采用含氟高氯化或氯磺化防腐涂料；4)钢结构、钢构架表面除锈后刷聚氯乙烯含氟萤丹防腐涂料，或氯化橡胶防腐涂料；5)钢结构围护材料采用彩色压型钢板或防腐复合板[7]。

2.4 风险防范、应急救援设施及设备设计

1)酸库设有专门的防泄漏围堰,围堰的容积按1台最大酸罐的贮存量考虑,并设有管道和阀门,送往装酸地下槽。在必要位置设洗眼器、喷淋装置、防化服、防毒面具等急救设施。

2)LNG站设备均采用露天布置，其中LNG储罐设置在防护堤内，气化器和管道天然气的调压计量撬装箱设置在防护堤外，整个站区用围墙与其它设施分隔，站区内和站区外均设有环行消防通道。按照《城镇燃气设计规范》的安全配置要求，LNG站设置固定水喷淋消防，并配备完善的火焰检测、低温检测、气体泄漏检测以及远程摄像监控等设施。

3)熔炼车间、LNG站等存在易燃、易爆危险物料的场所均设置可燃气体报警器，净液车间、贵金属回收车间、废酸处理站等存在有可能泄漏有毒化学品的场所，设置有毒气体探测器，并把信号引入DCS系统报警，车间内设置的有毒气体探测器与事故风机实行连锁。

4)所有操作人员均配备劳动服、劳动鞋帽，熔炼车间还应配戴防护眼镜、防护口罩等。行政区设倒班员工公寓、更衣洗浴中心，部分车间设厕所、洗手池和事故冲淋等安全卫生设施。

5)各生产车间根据其火灾危险性类别，按规范要求设置火灾自动报警系统。消防系统由火灾自动报警、消防联动控制、火灾警报装置和消防专用电话组成。

3 结束语

我国的铜冶炼技术已走进世界先进水平之列，安全设施的合理、完善设计是建设现代化铜冶炼厂的重要环节。但除此之外，一个现代化铜冶炼厂相配套的是现代化安全管理体系建设，即对生产的操作者必须有正规化、科学化的培训、管理、考核。只有操作者严格执行了安全操作规程，铜冶炼厂的安全设施才能发挥其应有的作用，企业的安全生产才能得到保证。

[1]邓锋.先进工艺控制在铜冶炼中的应用[J].有色冶炼,2002(5):45-49.

[2]周松林.祥光“双闪”铜冶炼工艺及生产实践[J].有色金属(冶炼部分),2009(2):13-15,20.

[3]袁建中.电解净液车间通风及净化处理[J].有色冶金设计与研究, 2002(3):61-63.

[4]戎隆胜,徐琪.大型铜冶炼厂紧急联锁系统实施浅析[J].有色冶金设计与研究,2008,29(4):22-25.

[5]王复民.现代铜冶炼厂电气设备及其发展趋势[J].有色冶金设计与研究,1996,17(1):58-64.

[6]王川.浅谈铜冶炼厂总平面布置[J].有色冶金设计与研究,2008, 29(2):15-17.

[7]张铁流.铜冶炼中的通风、防腐措施及主要安全技术[J].新疆有色金属,2007(S1):96-97.

Brief Analysis on Safety Facility Design of Copper Sm elter

ZHAO Jin,LONG Yan
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Various safety factors exist in the copper smelter from the raw and auxiliary materials to the product storage and application process,and the safety production of copper smelter,personal safety of the labors and the safety of the surrounding environment are important procedures in the engineering design of the enterprises.Based on the analysis and selection of dangerous and harmful factors of the technology process and equipment of the copper smelter,this paper briefly introduces the main safety facilities that are adopted by the domestic large-scale copper smelters in the design at the current stage to provide the reference for the safety design for the copper smelters and similar enterprises.

copper smelting;safety factor;facility design;risk prevention;management system

TF088

B

1004-4345(2014)02-0048-03

2013-10-30

赵晋(1978—),工程师,主要从事有色冶炼安全设计、环境影响评价工作。