电解铝行业事故发生的原因探析

高文义，张文章

（云南神火铝业有公司，云南 富宁 663400）

近几年来，铝行业电解槽由于漏槽等原因发生多起安全生产事故，造成系列停电停产，给企业带来巨大的经济损失，严重影响了企业的正常生产经营工作。回顾近年来铝行业发生的十几起重特大事故，令人触目惊心。这些事故除外界不可抗力因素导致系列停电停产外，如河南、山东个别电解铝企业因突发自然灾害造成的系列电解槽停电停产事故，其他几起皆是在生产过程中发生的重、特大恶性事故，这些突发事故给企业几乎带来灭顶之灾。生产过程中如何避免或减少电解系列停电停产等恶性事故的发生？

1.大型预焙电解槽的生产特点

1.1 电解槽的大型化发展趋势

进入二十一世纪，科技进步日新月异，为加快高质量发展，国家通过安全环保、电价、贷款、税收等优惠政策和提高行业准入门槛推动企业淘汰落后产能，加快技术升级。电解槽的大型化发展趋势成为电解铝企业技术升级改造的首选。目前400kA及400kA以上电解槽占到总产能的80%以上，500kA级电解槽成为当前生产的主力槽型。因此大型化意味着电解槽内物料和产品的容量更大，单台电解槽内铝液和电解质的总质量超过50t以上，甚至更多。大容量意味着高风险，一旦发生漏炉，由于高温熔体量大，很难采取堵漏措施，只能任其泄漏完。泄漏到槽下地面的高温液体很容易引起地面爆炸和火灾，近几年行业甚至发生过抢救事故行车被大火烧塌坠落的次生事故。

1.2 设计更复杂

近十几年来，为不断优化提升电解槽经济技术指标，保证电解槽投产后运行稳定，减少磁场对电解槽的影响，设计单位通过调整母线配置，增加补偿母线，减弱或消除磁场影响。大型电解槽母线配置十分复杂，特别是电解槽下部周围空间狭窄，布满密密麻麻的铝制阴极母线，漏炉时高温熔体很容易冲断母线，造成系列断路停电。

1.3 生产的特殊性

电解铝生产系列是一个特殊的供电整体。一个40-50万吨500kA电解系列生产线平均电解槽数量300-370台左右，整个系列的电解槽串联在一起成为一个串联电路，每台电解槽都是整个系列中的一个导电体，生产运行过程中一旦某台电解槽发生突发停产事故，类似于电路断电，系列电解槽瞬间停止运行。相当于一台电动设备按下停止键停止运转。正常生产情况下，有计划的单台电解槽的停电操作至少需要30～40分钟才能完全停下来而不影响系列内其他电解槽的生产。

1.4 生产操作的传统化

进入21世纪以来，尽管电解槽的硬件技术在近二十几年内实现了迭代升级，由20世纪90年代小型的自焙电解槽（60kA）逐步升级到大型预焙电解槽（200kA～400kA）和特大型预焙电解槽（500kA或500kA以上），但是主要的生产管理操作仍然传承着传统的人工操作管理方式，效率低、劳动强度较大。如新投产的电解槽的装炉、焙烧启动时人工添加物料，生产期间电解槽的换极作业、熄效应、电解工艺技术条件的测量（温度、铝/电解质水平）、取试样、阳极电流分布测量，当班期间的巡视维护管理、槽罩板的封盖等，机械化、自动化程度依然很低，仅仅在边缘技术上有所突破，如智能打壳系统、槽控机模糊控制系统等。

1.5 工作环境高温、强磁

大型铝电解槽电流强度大，通电后在电解厂房周围形成强大的电磁场。运行的电解槽内高温电解质液在950℃左右工作，生产过程中热能利用率不足50%，因而持续不停的向外散发热量，导致厂房内环境温度升高，特别是更换两台电解槽中间部位的阳极时，操作人员直接面对电解质的高温热辐射，环境温度更高，作业人员汗流浃背，对体力消耗很大，暴露在高温、强磁环境下极易疲劳。

1.6 系列产能规模大

近年来，随着大型预焙电解槽技术的快速发展，电解槽的大型化步伐越来越快，21世纪初至今的二十年间，国内电解槽电流强度最大200kA，到现在设计电流强度660kA的电解槽已投入系列化生产。为降低投资成本，单体系列产能规模也由初期的20万吨上升到40-50万吨，当前许多新建电解铝企业的产能规模大多就是一个系列的电解槽。

1.7 电解生产的连续性

铝电解槽是一种特殊的生产设备，而且整个系列电解槽是串联电路布置。电解槽在正式投入生产前，需要经过3-4天的通电焙烧，温度从常温下逐步升高到980℃左右，然后经过启动后才能进入生产。电解槽由于在始终高温状态下生产，槽内需要大量的高温熔融电解质液和铝液保持电解槽正常工艺技术条件的稳定，以维持电解槽连续不断的生产，除非遇到供电负荷紧张或外界不可抗力因素，以及突发生产事故，或者因阴极破损无法维持生产等原因停产外，电解槽是始终保持连续性生产的一种设备。

1.8 人员流失严重

近年来一些电解铝企业为进一步提高经济效益，降低劳动力成本，普遍把减少生产一线作业人员作为提高人均工效的主要手段，并作为衡量企业管理水平的指标。然而由于电解铝生产特殊的作业环境和传统的作业方式，由于减员后，存量员工的劳动强度增大，导致技能熟练员工流失严重。据统计，目前电解铝企业每年的人员流失率达30%-50%，位置偏远、条件艰苦的电解铝企业很难招到合适的电解工，一些企业只有放宽招工条件和标准招聘新员工，这样很不利于电解槽管理水平的提高，也增大了安全管理的难度。

2 铝行业的安全事故的类型

据统计，2017年以来，国内外电解铝企业发生的10余起电解系列停产事故，给企业造成巨大的经济损失，特别是市场行情低迷时，有的企业因为无法投入大量启动资金无力回天，濒临倒闭。而这些导致电解槽系列停产的事故中，有60%的事故是由生产过程中电解槽破损维护管理不到位突发漏炉或启动期间漏炉或滚铝造成的，其余则是自然灾害引发的，如供电设备遭遇雷击停电、电解厂房遇到洪水袭击等。

2.1 漏槽事故

电解槽漏槽事故是近几年发生频率最高、造成损失最大的主要事故类型之一。漏槽事故多发生阴极炭块破损部位连接的阴极钢棒出口或侧部炭块破损部位对应的槽壳处。阴极钢棒处漏槽主要原因是炉底阴极底块破损，高温铝液顺着破损的阴极底块裂缝逐步渗漏到阴极钢棒部位，逐步熔化阴极钢棒。表现为电解槽内原铝质量中杂质铁、硅元素持续升高，一旦破损部位得不到修补，阴极钢棒熔化至钢棒和槽壳连接出口部位，大量铝液顺着阴极钢棒口喷涌而出。

侧部漏槽主要是电解槽因技术参数控制不合理，侧部碳砖长期无炉帮保护或侧部碳砖被熔蚀破坏，高温电解质或铝液侵蚀边部侧部碳砖和保温层烧穿侧部钢板而流出。由于电解槽周围和槽壳下部密布有大量导电母线，若母线保护措施不及时不到位，高温电解质或铝液瞬间冲坏导电母线，造成系列停产事故。

2.2 滚铝事故

电解槽生产过程中发生的滚铝现象，主要是因为电解槽的工艺技术条件严重偏离正常控制范围，没有培育成规整槽膛，槽膛长期畸形。电解槽内铝液量少，铝液水平高度偏低，阳极电流和阴极电流分布不均，磁场发生紊乱。铝液受磁场影响出现不规则的翻滚，严重时铝液会溅出槽外。若滚铝问题处理措施不当、不及时，造成严重偏流，电流集中于某一个立柱母线，极易造成立柱母线过载，发生母线短路口爆炸，酿成系列停产事故。

2.3 供电系统事故

供电系统是电解铝生产的中枢。近年来，由于供电整流系统设备操作、维护不当，出现设备故障，发生整流变压器火灾或整流柜爆炸以及气象雷击等原因造成系列电解槽短时间停电或停产的事故。

2.4 自然灾害事故

特别是夏季强降雨形成的洪水进入供电系统或电解厂房电解槽而造成的系列停产事故，近几年河南、山东的几家电解铝企业发生多起水灾事故，给企业造成了很大损失。

3 电解铝行业的安全生产事故的特点

电解铝行业高温、强磁的生产环境，以及电解槽容量大、系列规模大和串联电路生产的特点，决定了电解铝行业的突发事故处理的难度和损失的扩大。

3.1 事故易突发，抢救难

大型预焙电解槽由于破损突发漏槽事故时，若事故发生初期处理措施及时得当，可以阻止事故进一步发展，逐步控制事故。倘若处理不及时，会随着时间的推移，事故扩大将难以控制，因为槽内大量的高温电解质和铝液会进一步冲刷破损部位，快速喷涌而出，流到地面造成地面混凝土爆裂。同时在事故电解槽周围的大量高温铝液和电解质热辐射形成高温空间，抢救人员很难靠近事故区域采取阻断措施进行抢险，更有甚者铝液会冲断电解槽周围导电母线，导致局部立柱母线电流集中，引起母线短路口爆炸，造成系列停电、停产。

3.2 事故造成的损失大

电解铝企业突发停电、停产事故，受铸造能力、运输、出铝工具等环节影响，很难在短时间内把大量停产电解槽内的铝液完全抽出来，这样随着电解槽温度的下降，不能及时吸出液铝的电解槽，最后只能凝固在电解槽内成为25cm左右厚度的整体铝块。若不清理出槽内的铝块，电解槽难以重新启动，因此在清除槽内铝块过程中不可避免的对阴极炭块造成损伤，如果阴极炭块损坏严重，必须考虑对电解槽内部结构大修，单台电解槽人工和材料费用大约120-150余万元。由于槽内铝块厚度高，体量大，因此要完全清理出槽内铝块，必需投入大量的人力、物力、财力和时间。

近年还有企业发生了厂房内多功能行车被高温铝液燃烧引起的大火烧坏坠落地面、事故区域电解厂房被烧塌的恶性事故。

3.3 事故抢险周期长

系列停产电解槽要尽快恢复生产，除需要完全清理出电解槽内大量的固体铝，还要对破损较轻的阴极炭块裂纹、伸腿等局部脱落部位进行修补，破损严重的需整体更换内衬材料。整体更换一台电解槽内衬材料周期，大约需要20-25天时间，系列电解槽完全具备重新投入运行条件需要1-4个月，甚至更长时间。此外还要修复多功能行车和厂房。

3.4 恢复生产的难度大

因为事故停产的电解槽经过局部修补后重新投入生产，还要经过72小时左右的二次通电焙烧启动，特别在启动过程中存在很大的漏槽风险。有些电解槽可能因为阴极炭块内部结构破坏，或者阴极炭块表面修补后的隐性破损部位，很可能在启动过程中受高温冲击再次发生漏槽事故。

4 事故的防范措施

针对大型预焙电解槽生产和事故发生特点，必须建立针对性的安全管理体系，制定可操作性强、行之有效的事故防范措施，以保证电解槽的安全生产。

（1）确定科学合理的工艺技术参数，保持电解槽生产工艺的稳定，生产过程中严防工艺技术参数出现大的波动。保持稳定的工艺技术参数，是保证电解槽安全稳定高效运行的关键。生产过程中要严格精细操作，精准控制工艺技术参数，对于工艺技术参数异常的电解槽要认真分析原因，及时调整工艺参数至正常工作范围内。

（2）精准监控原铝质量。生产过程中因原材料质量或工艺参数变化，致电解槽内原铝中杂质铁、硅含量发生轻微质量波动属于正常范围，但是如果原铝中杂质铁、硅含量波动幅度大、延续时间长或者持续升高，就要引起高度重视，要及时排查分析原铝质量变化大的原因，确定电解槽阴极底块是否破损、阴极钢棒是否熔化或保温材料损坏、原材料质量变化所致原铝质量发生变化。

（3）加强破损槽的监控巡视，电解槽一旦确定阴极炭块破损或侧部破损，就要列入重点监控对象，制定具体的破损部位修补和监控措施，特别是电解槽侧部炭块对应的槽壳散热部位、阴极钢棒及钢棒周围槽壳部位和下部槽壳部位，固定专人测量各部位温度是否异常，是否超出正常生产区间，确保处于可控范围。

（4）制定防漏炉应急预案，加大防漏炉应急演练。电解槽运行周期内，会因为筑炉材料质量、筑炉质量和管理不到位出现破损，由于日常维护和监控疏忽，而发生漏炉。因此电解槽防漏炉演练应作为现场操作人员的一项基本技能，通过定期组织演练提高现场作业人员的抢险技能和应急处理能力，以保证电解槽的安全生产，防止事故发生。

（5）防漏炉应急处理措施到位。作为预防事故扩大的应急措施，在距离破损电解槽较近周边的位置可以配备一定数量的应急物料、工具、临时阴极母线防护装置，以及应急救援母线等，以备应急之用。

（6）积极推进新技术的应用。目前大型电解槽下部防漏炉巡视工作，渐渐发展成为一个独立的工种，每个工作时段内安排一定数量的员工在电解槽下部巡视检查电解槽有无异常情况，作为一个过度措施。随着科技的发展，槽下部巡检机器人以及分布式阴极钢棒温度测量仪已在一些电解铝企业进行试用，并取得一定的效果，随着不断的改进和完善，并终将取代人工测量和巡检，也为电解槽的安全运行增加了一道屏障。

大型预焙电解槽发生系列停电停产事故，教训十分惨痛，对企业的健康发展影响是灾难性的。因此，全面系统把握当代大型或超大型电解槽的生产特点，强化生产过程的管理与控制，精准制定事故应急预案，建立并完善事故应急救援体系，提高员工岗位操作技能和应急处理能力，方能避免事故发生，保证企业的安全稳定运行。