碳化法生产碳酸钡安全风险分析与预防

李洁，朱斌，卜凡，弓创周

（1.中海油天津化工研究设计院，天津300131；2.江苏扬农化工集团有限公司）

碳化法生产碳酸钡安全风险分析与预防

李洁1，朱斌2，卜凡1，弓创周1

（1.中海油天津化工研究设计院，天津300131；2.江苏扬农化工集团有限公司）

碳化法是生产碳酸钡的主要工艺之一，其生产过程存在火灾、爆炸、中毒等安全隐患。运用风险评价指数法，对生产工艺系统进行安全风险分析，并提出相应的安全对策及预防措施，以提高企业安全生产管理水平，预防事故的发生。

碳化法；碳酸钡；安全风险；分析；预防

碳酸钡是一种重要的无机盐产品，广泛应用于工业陶瓷、无线电、光学玻璃、油漆、建筑等行业。中国碳酸钡的生产大都采用碳化法，即重晶石经煅烧生成硫化钡，再经碳化、脱硫、烘干制得碳酸钡。碳酸钡的生产过程存在火灾、爆炸、中毒、环境污染等安全隐患，如不采取预防措施，可能会造成人员伤亡和巨大的经济损失。笔者对碳化法制备碳酸钡生产过程的危险性进行辨识和分析，确定各生产工序的安全风险等级，并提出相应的预防措施。

1　碳化法生产碳酸钡工艺流程［1］

碳化法生产工艺得到的碳酸钡产品质量稳定，生产成本较低，是行业内普遍使用的生产工艺。重晶石和煤粉经粉碎、筛分、煅烧制得硫化钡熔体，将硫化钡熔体用水浸取再经澄清，制得硫化钡浆液，向硫化钡浆液中通入二氧化碳进行碳化得到碳酸钡浆液，碳酸钡浆液经脱硫、真空过滤及洗涤、干燥、粉碎制得碳酸钡成品。碳化法生产碳酸钡工艺流程见图1。

图1　碳化法生产碳酸钡工艺流程图

2　安全风险分析

2.1物料危险性分析

按照《危险化学品名录》（2015版）对碳化法生产碳酸钡所使用的原料以及产品、中间产品的危险性进行辨识分析，属于危险化学品的有硫化钡、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、碳酸钡等，从《危险化学品安全技术全书》［2］查出各物料危险性列于表1。

表1　碳化法生产碳酸钡主要物料危险性

重晶石煅烧工序、石灰窑造气工序使用的煤粉未列入《危险化学品名录》。对照GB 12268—2012《危险货物品名表》，原料煤粉属于4.2类易于自燃的物质，使用储存不当可导致火灾发生。对照GB 50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》附录E，煤粉属于导电性爆炸粉尘，该类粉尘与空气形成爆炸性粉尘混合物，其浓度在爆炸极限范围内遇火花、高温、静电放电等点火源时可发生粉尘爆炸。

2.2工艺安全风险分析

1）原料粉碎工序。煤粉属于导电性爆炸粉尘，在煤粉的粉碎、筛分、输送过程中有发生粉尘爆炸的可能性。根据实验测定，煤粉的爆炸下限最低为33 g/m3。煤粉悬浮在空气中形成爆炸性混合物，当其浓度达到其爆炸极限时，无论是在封闭的设备内部（如制粉、输送设备等），或是在敞开的空间（如设备检、维修时），遇点火源（明火、高热等）将导致火灾爆炸事故的发生。若在设备内部发生煤粉燃爆事故，将引起设备内压力迅速提高，造成整个设备系统损坏。

该工序使用粉碎机等转动设备，若设备转动部位未设置防护网、防护罩等防护措施或防护措施存在缺陷或操作人员违章作业，将导致机械伤害事故的发生。

2）煅烧还原工序。重晶石与煤粉在回转炉中进行还原反应，温度在600～800℃时按下式反应：

随着反应温度的升高反应速度明显加快。温度在900～1 200℃时按下式反应：

在回转炉中由于煤的作用还会发生下式反应：

反应过程产生的一氧化碳为易燃气体，其爆炸极限为12.5%～74.0%（体积分数）。当一氧化碳与空气混合且浓度在爆炸极限以内，遇明火、高热能引起火灾爆炸。

当炉温较低空气过剩时或重晶石还原制得的粗硫化钡与潮湿空气反应将会生成二氧化硫、硫化氢：

二氧化硫、硫化氢在回转炉炉气中的体积分数较小，一般不会引起火灾爆炸事故。但该类酸性气体在高温、潮湿环境会对设备、管线造成较大程度的腐蚀，造成设备缺陷，将会提高发生事故的风险。

3）浸取工序。硫化钡在水中水解反应如下：

煅烧还原工序物料温度高达1 000℃，反应结束后将粗制硫化钡转移至浸取槽的过程中存在着高温灼烫的危险。硫化钡浸取温度一般控制在90℃左右，高浓度的硫化钡溶液一旦发生泄漏将导致化学性灼烫伤、中毒事故的发生。硫化钡在水中水解过程可生成少量硫化氢气体，有导致人员中毒的危险。

4）石灰窑制气工序。石灰窑制气工序产生的窑气含有少量一氧化碳，石灰窑中一氧化碳体积分数低于其爆炸下限，一般不会发生炉内火灾爆炸。但是若设备、管道破损造成大量窑气泄漏，当作业场所通风不良时，积聚的一氧化碳达到其爆炸极限时遇点火源能引起火灾爆炸。一氧化碳通过呼吸道进入人体而引起中毒。

5）碳化工序。碳化工序是整个碳酸钡生产过程中产生有毒气体的主要工序，主要为硫化氢气体并伴随少量一氧化碳。

若设备、管道选材不当或磨损、疲劳、腐蚀、误操作、维护保养不到位等造成储罐、管道、阀门等设备设施受损，进而引发硫化氢、一氧化碳泄漏事故，将导致中毒、火灾、爆炸事故的发生。

6）过滤、烘干、包装工序。碳化得到的碳酸钡浆加热至90℃，加入纯碱脱硫、过滤，钡浆泄漏将导致中毒、灼烫事故的发生。产品碳酸钡是白色斜方结晶或粉末，操作人员吸入高浓度的碳酸钡粉末可造成急性中毒。碳酸钡浆脱硫工序通常采用蒸汽加热，高温蒸汽喷出可导致高温灼烫。

根据GB 6441—1986《企业职工伤亡事故分类标准》，对上述生产过程可能发生的事故类型进行归纳，并采用风险评价指数（RAC）［3-4］矩阵法，对碳酸钡生产过程主要的安全风险进行分析，结果见表2。

由表2可以看出，碳化法生产碳酸钡过程安全风险等级为2级或3级，整个系统可能发生的事故类型其严重性等级为Ⅰ～Ⅲ级，可能性等级为C～D级。从严重性看系统中无灾难性事故。从可能性看系统中无频发性或多发性事故。其中煤粉投放料、石灰窑制气、碳化、脱硫工序安全风险较大，安全风险等级为2级，即不希望有的风险，必须采取相应安全措施方可作业。其他工序安全风险等级为3级，即有条件可接受的风险，应采取相关措施降低风险，尽可能避免事故发生。

表2　碳化法生产碳酸钡工艺安全风险分析结果

3　安全对策及预防措施

3.1防火、防爆措施

1）具有燃爆危险性的生产场所，应充分考虑防火、防雷、抗震、泄压、安全疏散等安全技术措施，并确保符合国家标准规范要求。2）对涉及易燃、易爆危险物质的压力容器和压力管道设置压力释放装置，包括安全阀、释放阀、压力控制阀等，一旦超压，可把危险物料泄放到安全的地方。加强设备、管道、阀门的密封措施，防止可燃物料泄漏引起火灾、爆炸事故。定期对仪表检测装置进行校验，确保其可靠性及灵敏度。3）原料煤粉碎、筛分等工序应设置可靠有效的通风除尘系统，降低作业场所粉尘浓度，且除尘系统管网间禁止互通互连。当班人员应定期检测和清理粉尘，除尘系统停运期间和粉尘超标时严禁作业。4）在设备管道连接处、阀门等容易发生泄漏和积聚易燃物质的危险区域，应设置可燃气体检测报警仪和火灾报警器。5）严格控制作业场所内点火源，禁止一切明火，严禁吸烟，严格控制作业区内的焊接、切割等动火作业，动火需履行严格的动火手续和审批程序。6）按照国家标准规范中的要求设置消防设施，配备适当的消防器材。

3.2防毒、防尘措施

1）根据作业环境及生产条件，设备设施应选用耐酸耐腐蚀材质，降低有毒有害物质泄漏的可能性。2）生产过程中可产生硫化氢、一氧化碳等易造成人员急性中毒的有毒有害气体，应在煅烧、制气、碳化、脱硫等易泄漏和积聚有毒物质的区域（如采样口、输送泵等）设置有毒气体检测报警装置，保证事故通风。钡浆罐上空存在无组织排放的硫化氢，可采用管道连接钡浆罐，通过引风机直接引入尾气焚烧炉进行处理。3）原料称量、粉碎、输送等作业中都有大量粉尘产生，原料粉碎、装卸前可用水喷淋减少粉尘产生。在原料存放地点及粉碎工序，应设置带喷嘴的水带。粉碎工序设置引风机，安装旋风、布袋除尘器，将产生的粉尘收集回收入炉。烘干、包装工序易产生碳酸钡粉尘，为作业人员配备必要的劳动防护用品。4）在有毒性危害作业场所应设置淋洗器、洗眼器等安全防护措施，淋洗器、洗眼器的服务半径不应大于15 m，并配备基本急救药品和个人防护用品。5）加强对操作人员的安全教育及培训，使其熟练掌握安全操作技能，了解危险物质特性，正确配戴和使用劳动防护用品及急救用品，提高员工自救互救能力。

3.3其他

1）各类传动设备均应有可靠的安全防护装置和紧急停车安全装置，各种机械设备的安全防护设施应定期检查维护，确保完好。2）作业人员在操作中要按规定穿戴好防护用品，防止肢体直接接触高温设备或酸碱腐蚀性物质。

［1］陈英军.碳化法生产工业碳酸钡［J］.河北化工，2005（2）：24-25.

［2］周国泰.危险化学品安全技术全书［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［3］朱木秀，冯定.风险评价指数矩阵方法的研究和应用［J］.办公自动化：办公设备与耗材，2004（4）：33-35.

［4］中国就业培训技术指导中心.安全评价师（国家职业资格一级）［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2010.

联系方式：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

李洁（1982—），女，硕士研究生，工程师，主要从事安全技术咨询工作。