电石渣用于制造水泥生产系统安全防爆技术

秦陆军，何胜平，孙国玉

（1.天辰水泥有限责任公司；2.天能水泥有限公司，新疆 石河子 832000；3.甘肃铁路金坪水泥制品有限责任公司，兰州 730020）

电石渣是电石制取乙炔过程中产生的废弃物，利用电石渣生产水泥是电石渣资源化利用最成熟、最经济的处理方法，但由于电石渣中可能残存电石颗粒或乙炔气体，对后续水泥生产的安全性提出了更高的技术要求。本文对以干排电石渣为原料的新型干法水泥生产线出现的的安全防爆问题进行了分析，根据生产工艺过程的实践，在电石渣贮运、输送装置中控制乙炔含量，在维修、检修等环节严格动火制度，针对性的提出防范措施，提高系统的安全性，有效地防止安全事故的发生。

1 湿磨干烧和新型干法水泥生产工艺路线

目前国内电石渣生产水泥的工艺大多采用湿磨干烧的生产工艺。湿电石渣作为生产水泥的一种主要原料储存在电石渣浆库内，与按一定成分配比的黑生料通过湿法磨磨出合格的水分为43%左右的生料浆，两者通过体积配库，配制成合格的生料后，用泵送至压滤机压滤出含水为30%～35%左右的料饼，再将料饼送入烘干破碎机，烘干后水分＜1.5%的生料入窑煅烧。湿磨干烧的工艺熟料热耗高，需要大量的淡水资源，水资源浪费比较严重，但过量的水与电石发生反应，化学反应比较完全，电石渣中乙炔残留比较少，对后续电石渣处理环节的防爆安全要求较低。

我公司新型干法水泥生产工艺是将干法乙炔产生的含水3%～10%干电石渣，通过管带机送到电石渣储存库或干混电石渣钢仓中备用，风积砂、铁渣或铜渣、粉煤灰、电石收尘灰等工业废渣按一定的配比进烘干中卸磨粉磨至一定细度的物料，出磨物料与计量后的备用电石渣共同进入窑尾干燥管中烘干，混合为水分<1%的合格生料送至生料均化库，均化后的生料通过提升机进入窑外分解炉入窑进行煅烧成熟料。电石渣在输送与配料的过程中，由于其中含有部分残留电石渣，而干排电石渣中也含有3%～10%的水分，残留电石会随着输送储存的过程与水发生反应，在密闭空间里会造成乙炔富集，其浓度不断升高。

2 存在的安全问题及事故案例

与传统的湿法乙炔生产工艺不同，干法乙炔工艺是将水以雾态喷在3mm～6mm电石颗粒上使之水解，反应热由水汽化带走，经由洗涤塔进行水洗降温除尘。这种生产方法具有低成本、污染小的优越性，其废弃物电石渣为含水量3%～10%干粉末，作为新型干法水泥熟料生产的优质原料。如果乙炔生产装置出现生产故障时，很容易使原料电石渣中含有乙炔气体，特别是干法乙炔生产的含水4%以下的干电石渣，乙炔气更易溶在其内。同时，可能会存在未参与反应电石颗粒混入电石渣。近年来在全国范围内新型干法电石渣水泥生产线的试生产和投产过程中，发生过因乙炔气体富集超标而引起闪爆或火灾事故屡见不鲜，造成人身伤害和财产损失，对社会产生重大安全影响。

案例1：2008年1月，我公司120万吨干法乙炔法PVC项目配套电石渣水泥一期项目试生产运行过程中，电石渣入库NE板链式提升机，在输送电石渣的过程中时，发生一起乙炔气爆炸事故，造成提升机机身部分解体，壳体飞离原安装现场20m～30m，壳体大多裂成碎片，爆炸威力巨大，部分原本长方形壳体，直接扩张成圆形，所幸没有人员造成伤亡。

事故直接原因：我公司首期干法乙炔生产聚氯乙烯，是全国首条干法乙炔制备生产线，在干法乙炔发生领域，处于试验摸索阶段，对生产安全的控制上，认识不够深刻，大颗粒的电石没有反应完全，在输送的过程中逐步反应，并富集于入电石渣库的提升机壳体内，达到爆炸极限。提升机在运行过程中链条和链轮摩擦火花引燃、引爆乙炔与空气形成的爆炸性混合气体，是导致乙炔气体发生爆炸事故的主要原因。

吸取的经验教训：（1）严格控制乙炔发生的用水量，保证乙炔发生器的出口电石完全反应。（2）严格控制电石的粒度大小，防止大颗粒电石混入乙炔发生器，造成生电石混入电石渣，造成安全隐患。（3）设备必须采用防爆电机，防止因电极打火等原因造成爆炸点火源。

案例2：2009年10月我公司二期新型干法水泥3000t/d电石渣水泥生产线，试产初期，在电石渣干燥与分离系统的硅铁仓发生闪爆事故。在投料试产期间完善系统的过程中，生产车间准备在装有防爆系统的硅铁仓上面安装排气通风口，在割枪开口动火的瞬间，发生爆燃，虽然没有造成破坏，但巨大的声浪，给我们极大的警惕。

事故直接原因：硅铁仓中的硅铁中含有部分未反应完全的电石颗粒，虽然硅铁仓是排空的，但生电石反应后生成的乙炔气体残留在仓内，乙炔气体与空气混合达到燃爆临界点，遇到明火，发生爆燃。

吸取的经验教训：（1）试投产期间，在危险因素辨识上存在经验不足，没有意识到电石渣干燥与分离系统会含有未反应完全的电石颗粒，发气后在仓内持续富集。（2）现场管理及安装人员无安全意识，未按照我公司安全规程操作，进行动火审批。未进行乙炔浓度现场取样分析。（3）硅铁仓中残留电石渣颗粒，未对其进行针对性管理，做好防雨及定期排空硅铁仓等措施。

3 乙炔易燃易爆特性分析

电石与水反应生成乙炔，乙炔在常温下是气态，纯乙炔为无色无味的易燃、有毒气体。工业生产的乙炔含有磷、硫等杂质，乙炔因混有硫化氢（H2S）、磷化氢（PH3）、砷化氢，带有刺激性臭味，性质活泼，熔点（118.656kPa）-80.8℃，沸点-84℃，相对密度0.6208（-82/4℃），闪点（开杯）-17.78℃，自燃点305℃。乙炔气与空气混合，可形成易燃易爆气体，一旦遇上火源、静电、局部高温、摩擦等就会发生爆炸，在空气中爆炸极限为2.3%～72.3%（vol）。以电石渣为原料的干法水泥生产工艺中主要存在易燃易爆物质乙炔气体，如果乙炔浓度超标，一旦遇到火源，即可发生火灾爆炸事故。乙炔还可以和铜、银发生反应生成不稳定具有爆炸性的乙炔铜、乙炔银，在与重金属矿渣一起配料时，注意不得混合密闭存放，混合粉磨后需要采取相应的技术安全措施。

4 干法电石渣制水泥安全防爆技术措施

4.1 加强乙炔源头控制

4.1.1 进入乙炔发生器电石粒度的控制

严格控制电石渣的破碎粒度，采用适宜的筛分装置和工艺，必要时采用多次筛分，防止大颗粒电石混入，杜绝大颗粒电石进入乙炔发生器，保证电石在发生器内的完全反应。我公司电石破碎粒度控制在5mm以下，严把质量关，严格控制筛分过程，防止大颗粒电石混入乙炔发生器。

4.1.2 进入乙炔发生器用水量控制

根据电石的品位，杂质和CaC2含量，通过长久试验，确定并实际合理控制乙炔发生器中的加水量，在保证出乙炔发生器电石渣的水分不超过规定值的情况下，适当过量加入反应用水量，确保电石完全反应。我公司干排电石渣的水分控制在3%～12%，在此范围内，基于安全考虑，实际生产中实际水分靠上限控制。

4.1.3 电石渣储存库中乙炔浓度的管控

干排电石渣储存库是乙炔气体富集的关键场所，在库顶要设置排气装置，定时不定时地排气，对库内进行及时通风置换，确保将乙炔气体浓度控制到爆炸下限以下。保持定时常态化监测并重点监控。同时建立双向沟通机制，发现气体浓度超标，除了加强通风外，及时通知前道生产工序，对乙炔发生过程进行检查，分析问题、解决问题要及时准确、彻底，杜绝未反应完全的电石颗粒出现。同时，当乙炔生产不稳定时，及时通知水泥生产系统，做好应急处理预案。

4.2 使用防爆装置

电石渣储运相关的电机、排风扇、电源箱、操作柱、电动葫芦、收尘器等电气设备在设计时就采用防爆等级符合安全规范要求的装置。不得随意在电石渣储运设备区域内使用如手枪电钻、磨光机等易产生电火花的工具、电器，使用的低压型灯也应选用防爆型。相关设备采取接地、防静电和防雷措施。重点防爆岗位的入口设置人体除静电装置，岗位操作人员应穿防静电工作服和工作鞋。电石渣储存库和提升机等设施的最高点装设避雷针等避雷装置，并独立接地。在储存库、钢仓、输送装置、除尘装置等位置，设置若干防爆膜，防止意外事故发生，损坏设施及装置。岗位操作人员在电石渣库清堵通料作业时不得使用铁锤等敲击钢铁仓壁，应使用木锤或橡胶锤操作。

4.3 对储运生产设备及系统采取密闭措施，增加充氮气保护装置

在电石渣库、矽铁仓等场所密闭管理，防止因雨雪漏入而造成残余电石颗粒的分解，使空间的乙炔浓度迅速升高，给生产安全控制带来困难。干电石渣宜采用密闭输送，如采用埋刮板输送机或者斗式提升机、钢丝胶带提升机等，应当设置专用充氮气或惰性气体等保护气体的设施，当受限空间内的乙炔浓度升高时，及时充气置换。此外，电石渣输送设备需采用备用系统，保证干法乙炔产生的干电石渣能源源不断输送到水泥生产装置，确保生产运行连续性。

4.4 乙炔浓度在线监测

从干法乙炔制备装置到电石渣输送线路上，设置多个乙炔浓度采集点，特别是电石渣库和硅铁仓等重点部位，加强采集频率，安装在线乙炔检测分析仪及在线氧气分析仪，实施不间断时时分析，分析数据传输至DCS控制室，设置预警限值和报警界面，进行全程在线监控。一般将报警浓度定为气体爆炸下限的25%。

4.5 动火审批制度

传统水泥的生产装置及设施除煤粉制备系统均为非防爆场所，而新型干法电石渣生产水泥系统，防爆要求等级大大提高。对生产厂区实行全员、全区域防火防爆，禁止烟火。所有动火作业必须进行分级管理，逐级审批，对电石渣输送设备、储存库、仓、罐等场所维修动火，氧、电焊作业实行最高等级动火管理制度，并且采取相应的应急措施。动火作业申请审批完毕后，先进行乙炔浓度检测，分析结果合格后，方能进行动火作业。

4.6 作业场所的动火控制

电石渣贮运场所维修、检修作业时，需签动火审批表，其中必须要写明动火原因及具体的动火位置，及应急措施，动火指标要求乙炔浓度＜0.25%，但现场动火作业要求乙炔气体取样分析浓度为0，方可进行动火作业，防止因乙炔爆炸，损毁生产装置、建筑物，甚至造成人身伤害。

4.7 干电石渣的除矽铁装置及系统重点防范

电石渣中含有3%～5%的颗粒状硅铁，硅铁易磨性差，难磨难烧，但具有更高的附加值，多数生产企业对其进行分离，其中离心或重力等分离方法分离出来的硅铁中会有未反应完全的电石颗粒，在潮湿或遇水环境继续发气，应对储存仓定期排放灰渣，不宜长时间存放，仓内应充氮气保护。对排出的含有电石渣颗粒的灰渣需单独堆放管理，防止乙炔气体富集，发生爆炸事故。

4.8 电石渣与多种重金属废渣混合使用管理

含有生电石的电石渣严禁和与乙炔发生反应的重金属混合使用，因为乙炔能与多种金属发生化学反应，在一定条件下生成较危险的金属炔化物，如乙炔铜、乙炔银或乙炔汞等受到撞击、剧烈摩擦或在外界加温都可导致强烈的分解、爆炸。在水泥生产中与乙炔气体接触的设备、管道、管件、阀门、仪表等应采用钢材、铸铁或铸钢等常用材料，严禁使用铜、银（包括铜焊、银焊）、汞等材质的装置。

5 结束语

利用氯碱化工产生的工业废渣电石渣生产水泥，是电石渣大掺量、无害化处理工业废渣的主要途径，是电石渣的资源化利用的最彻底的一种方式，是目前工业废渣有效处理的示范，但与传统石灰石制水泥在工艺方式有安全本质上的差别，电石在与水发生反应时，大颗粒的电石在一定的时间内，在固定用水量的条件下，反应不完全，给后续废渣的处理过程带来安全风险，以上提出干法电石渣制水泥防火防爆安全技术措施，只要把安全技术措施落实到生产过程中，特别是不可忽视多种废渣共用时的安全管理，就可大大地提高干法电石渣制水泥系统的安全性，有效地防止事故的发生。使氯碱化工的主要废渣电石渣得到安全处理，实现变废为宝，使企业与环境，环境与资源协调发展。

参考文献：

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