电石生产危害因素辨识与分析

邓小红,张五交,高红超

(1.中国平煤神马集团技术中心 ,河南平顶山 467013;2.中国平煤神马集团化工事业部 ,河南平顶山 467013;3.中国平煤神马集团坑口电厂 ,河南平顶山 467013)

全密闭加热法制电石以生石灰和焦炭为原料,生产工艺主要包括原料贮存、石灰破碎、焦炭干燥、电石生产、固态电石冷却、破碎、储存以及电极壳制造、炉气净化回收和石灰烧制等几个部分,并可大体划分为原料处理、配料、电石炉反应制电石和尾气处理 4个单元。生产过程中所用原料、副产品和产品涉及多种危险物质,其中主要有焦炭、电石、乙炔、电石炉气 (主要成分为:一氧化碳 75%～90%,氢气2%～7%)等,生产工艺较为复杂。因此在危险、有害因素识别中针对主要危险物质的特性、工艺过程、公用工程及辅助设施进行分析。石灰烧制的石灰窑,以电石炉气为能源,烧制石灰,生产过程中涉及到高温、明火和有毒、易燃的 CO气体,也需要对其进行危险、有害因素分析。

1 工艺流程简述

1.1 电石生产工艺流程

电石生产分为原料贮存、石灰破碎、焦炭干燥、电石生产、固态电石冷却、破碎、储存及电极壳制造、炉气净化回收几个工序。

1.1.1 原料贮存

电石生产主要原料焦炭、石灰、电极糊均由汽车运入厂区,经地中衡计量后贮存。焦炭采用露天堆场和焦棚贮存;石灰采用料仓贮存;电极糊贮存在电极糊厂房内。

焦炭干燥时由装载机送到受料斗中,经带式输送机及斗式提升机送到破碎筛分楼筛分,5～25 mm通过带式输送机送至焦炭干燥中间料仓。0～5 mm的焦末集中后送至电厂、空心电极或炭材干燥焦粉仓供热风炉使用;石灰需要时经带式输送机送至石灰破碎筛分楼破碎筛分。破碎后 8～45 mm的石灰用大倾角输送机送至配料站配料。0～8 mm的石灰送至石灰粉仓,供空心电极使用;电极糊经破碎机破碎后用专用小车运往电石炉厂房。

1.1.2 焦炭干燥

合格粒度 (≤25 mm)焦炭由胶带输送机分别送入湿焦炭仓,再由电机振动给料机把焦炭送入干燥窑进行烘干。经过烘干后的物料由胶带输送机斗式提升机送往配料站,贮存备用。烘干焦炭的热量由电石炉气燃烧供给,达到 700～750℃,焦炭物料流入烘干机内,由回转干燥机转动,其内部栅格式扬板使物料均匀扬起,使热风和物料充分接触,热风把物料中水分带走,起到干燥物料作用。热风通过高温炉气与空气换热获得。

1.1.3 电石生产

合格粒度的石灰、焦炭由仓口分别经配料站块料仓下的振动给料机又经称重斗,按合适的质量配比,由振动给料机分三层经长胶带输送机送至电石生产厂房,经短胶带输送机分别送到电石炉的环形加料机进入炉料贮斗。贮仓中的混合物料经过向下延伸的料管及炉盖上的进料口靠重力连续进入炉中 ;装在电极糊盛斗内的破碎好的电极糊 (100mm以下),经单轨吊从地面提升到各电极筒顶部倒入电极筒,焦炭、石灰粉末按合适的质量配比送至料斗,经单轨吊从地面提升到空心电极下料贮斗,经空心电极进入炉内。35 kV高压电经过电炉变压器变成低压后,经过短网、通水软缆、导电元件导入电极,电极由油压升降机带动。经过电极电弧热和炉料电阻热,炉内温度达到 1 900～2 200℃,使炉料熔化,石灰和焦炭原料在高温下经过化学反应生成熔融电石。冶炼好的电石,每隔 1 h左右从炉口出炉一次,熔融电石流入牵引小车上的电石锅内,由卷扬机将小车拉到冷却厂房进行冷却。

1.1.4 冷却、储存

液态电石注入电石锅经卷扬机牵引小车送至冷却厂房冷却。然后送至电石库贮存。需要时以汽车运出,运往 PVC生产装置。

1.1.5 电极壳制造

电极壳制造工段的任务是加工适合于电石炉组合式把持器使用的电极壳,同时,在电石炉正常运转期间负责将电极壳焊于电石炉的电极柱上。

1.1.6 炉气净化回收

电石炉为密闭炉型,生产正常后即对炉气进行回收。炉气经热管式空气预热器降温后入多管式旋风除尘器、回转反吹进袋式除尘器除尘净化,净化后的气体主要是一氧化碳等可燃气体,经水封、洗涤塔等冷却降温后送入气柜储存,然后进石灰窑用作燃料使用。

1.2 原料石灰生产工艺流程

石灰烧制分为原料筛分和竖窑、出灰储运系统三部分介绍,其中竖窑系统是关键部分。

1.2.1 原料筛分部分

原料使用翻斗车或铲车由原料场送入受料仓由原料输送皮带运到转运站,筛分后筛上料通过可逆皮带进入窑前料仓,筛下料进入转运站下面的废料储料斗,定时进行回收处理。

1.2.2 竖窑部分

此部分包括上料系统、燃烧系统、导热油系统。

1.2.2.1 上料系统

当窑体料位计指示需要装料时,窑前料仓下部的电机振动给料机,然由卷扬机牵引料车沿斜桥轨道上升,料车到达窑顶后通过窑顶布料器将合格原料装入窑内。

1.2.2.2 燃烧系统

物料进入窑内均匀下落,依次经过储料带、预热带、煅烧带、冷却带转化为成品活性石灰进入出灰储运工序。

1.2.2.3 导热油系统

在整个系统中,导热油系统是石灰窑的一个关键组成部分,电动加油泵将导热油从储油罐 (容量4 000 L)注入循环系统。启动循环油泵,导热油顺着进油管进入上、下燃烧梁和下吸气梁,将设备冷却下来,顺着回油管回到散热器,温度降下来以后进入过滤器,从过滤器再回到循环油泵。

1.2.2.4 出灰储运系统

烧好的成品灰通过窑底均匀布置的出灰斗卸料,在每个出灰斗下面设有连锁控制的电磁振动给料机,能够对每个出灰口的出灰量进行调节,以保证在整个窑截面上出灰均匀,防止出现偏窑现象。从称量装置出来的灰直接进入储料斗然后卸到窑下平皮带转运到成品仓。

2 主要危险物质特性分析

电石生产过程中各装置所用的原料、产品和副产品都具有较高危险性,为了有序、系统地辨识生产过程中所涉及的危险物质,根据生产过程将所涉及到的危险物质列于表1。并根据《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-92)分析所涉及的危险物质的危险特性列于下页表1,其主要理化参数列下页表2。

由表1和 2可以看出在以生石灰和焦炭为原料制电石的生产过程中,所用物质、产品及副产品有 5种,其中 3种为易燃气体,1种遇湿易燃固体、1种为可燃固体,可以看出在整个生产过程中,存在较大的火灾与爆炸危险性;同时,表1中有 1种有毒易燃气体一氧化碳,生产过程中有使人产生中毒、窒息的可能。因此,电石生产过程中主要危险物质的危险形式为产生火灾、爆炸、中毒、粉尘。

2.1 工艺过程危险、有害因素辨识分析

从主要危险物质特性、工艺流程分析可见,电石生产、尾气处理、原料处理、气烧石灰窑等生产过程中用到的原材料、中间产物以及产品都是火灾危险性较高的物质 (如氢气、一氧化碳、电石、乙炔、焦炭等),且个别物质有毒有害,整个工艺过程较复杂,温度高。在正常生产情况下,生产过程是安全的。但是,一旦设备出现故障、控制失灵、人为操作失误,以及设备和线路设计及选材不合理,安装施工质量低劣,设备、管道发生泄漏等,很可能使整个生产系统的安全运行受到威胁,甚至造成事故,并有可能使作业人员受到伤害。电石生产过程中的危险类型主要有火灾、爆炸、中毒和窒息,其次是触电、机械伤害、高处坠落、雷击等作业伤害等,以及灼伤、粉尘、噪声、起重伤害等危险、有害因素。

表1 生产所用原材料、副产品及最终产品物质危险特性

表2 生产所用原材料及产品燃爆危险性

2.2 火灾、爆炸危害分析

①原料焦炭贮存与干燥时,由装载机、带式输送机及斗式提升机送到破碎筛入楼筛分,可产生粒径微小的煤尘,若没设除尘装置,当飞扬的煤粉尘与空气混合达到爆炸极限后,如遇火源,可引起煤粉尘爆炸。振动筛也可造成煤粉尘飞扬,若没设除尘装置,当飞扬的煤粉尘与空气混合达到爆炸极限后,如遇火源,也可引起煤粉尘爆炸。在焦炭干燥时,干燥窑的温度达 700～750℃,温度较高,煤粉与空气混合达到爆炸极限,如遇火源,同样也可引起煤粉尘爆炸。在焦炭的贮存过程中,如果粉仓中焦炭氧化产生的热量大于散发量,长期积聚达到自燃温度会使焦炭自燃,引起火灾。

②电石生产的原料为焦炭和生石灰。在电石炉内温度达 1 900～2 200℃,生产电石,并产生主要成分为 CO、H2的炉气。电石分解可生产乙炔等气体,这些电物质都是易燃烧物质,达到一定的浓度,可引发火灾爆炸事故。

③炉气的出口温度较高,需要降温到 260℃时才能送至除尘系统。由于其主要成分为 CO、H2,为爆炸范围较宽的可燃爆炸性气体,与空气混合达到爆炸极限时,遇点火源就会发生火灾爆炸事故。

④产品电石在冷却、破碎和贮存时,有遇湿产生乙炔,达到爆炸极限,遇点火能量而发生爆炸事故的可能。

⑤石灰窑以电石炉气为能源,CO气体具有火灾爆炸性,发生意外泄漏时,遇点火源能量,有发生火灾爆炸的可能。

⑥变、配电站有可能发生电气火灾、爆炸事故。其原因主要为短路,过载,接触不良,散热不良,照明、电热器具安置或使用不当,变压器油位过高或过低,油开关油位过低或过高等等。

⑦中心化验室在进行样品分析时,可能会使电石遇湿产生乙炔,而发生火灾爆炸事故

⑧火灾爆炸区域没有选用相应的防爆电气设备、选型错误或防爆电气设备损坏,导致发生电气打火引发火灾或爆炸事故。

2.3 中毒危害分析

电石生产过程中涉及的一氧化碳具有较大的毒性,同时电石也具有一定的毒性和对人员的腐蚀性。

①在电石炉和炉尾气中,含有大量的 CO。发生泄漏或检修前空气置换不充分,有造成人员中毒的可能。

CO毒性较强,如不慎吸入可导致人员急性中毒。轻度中毒者出现头痛、头晕、耳鸣、心悸、恶心、呕吐、无力,血液碳氧血红蛋白浓度可高于 10%;中度中毒者除上述症状外,还有皮肤黏膜呈樱红色、脉快、烦躁、步态不稳、浅至中度昏迷,血液碳氧血红蛋白浓度可高于 30%;重度患者深度昏迷、瞳孔缩小、肌张力增强、频繁抽搐、大小便失禁、休克、肺水肿、严重心肌损害等,血液碳氧血红蛋白可高于 50%。部分患者昏迷苏醒后,经 2～60 d的症状缓解期后,有可能出现迟发性脑病,导致意识精神障碍。

②石灰窑以电石炉气为能源,发生泄漏,有造成人员中毒的可能。

③中心化验室、产品库区都存在大量电石。正常情况下,不会对人员造成损伤。但与人员接触时,会损害皮肤,引起皮肤痛痒、炎症、“鸟眼”样溃疡、黑皮病。皮肤灼伤表现为创面长期不愈及慢性溃疡型。接触人员出现汗少、牙釉质损害、龋齿发病率增高等。

此外,电石遇水还可生成少许的磷化氢等剧毒气体,应引起注意。

2.4 电与雷击危害分析

2.4.1 触电

电石生产过程的配电线路、各种电气带动的生产设备、照明线路及照明器具、设备检修时使用的配电箱及移动式电气设备或手持式电动工具等存在电伤、直接接触电击及间接接触电击的可能。由于用电设备主要为低压设备,且操作人员主要与低压设备接触,易发生低压触电事故。另外电气设备及线路,由于作业环境不良、线路绝缘层腐蚀损坏,以及维护管理不善等原因可能有发生触电的危险。

在检修作业过程中,如未能对高压电缆进行放电或者验电,就贸然进行检修作业,就有可能被电击的危险;再如在对电气设备或线路的检修作业过程中没有对正在检修的电气设备或线路挂临时接地线,可能因联系不周,突然送电而造成正在检修的作业人员发生电击事故。

再者,作业人员在作业过程中因思想麻痹,注意力不集中,过分接近带电体而发生电击或电伤事故;同时还可能因大型起重设备在起吊作业过程中,其起重设备的钢丝绳等过分接近高压线等而发生起重机带电,造成起重机操作人员电击事故等。

此外,因电气设备多年失修、绝缘老化等原因而发生电气设备的着火、爆炸事故等,造成人员伤害;无电气特种作业证的人员从事电气作业;从事电气作业无专人进行监护、绝缘防护器具不符合要求等均有可能造成触电事故。

2.4.2 雷击

由于厂区内有较高的建筑物厂房、电石炉、石灰窑、石灰窑放空烟囱等高处厂房的金属设备及管道,若接地不良,存在发生雷击的可能。

2.5 高空坠落危害性分析

整个生产装置区设备较多,各种皮带运输机、料仓、电石炉、天车等高度通常较高,电石炉上设置有温度等二次仪表,操作人员需要经常通过盘梯、平台到达操作、维护、调节、检查的作业位置平面或作业位置上。同时,石灰窑的作业高度也较高。这些梯、台设施为作业人员巡检和检修等作业需要提供了方便,成为检查、测量及其他作业时经常通行或滞留的地方。但是同时因位于高处,也就存在着高处作业的危险。这些距跌落基准面 2 m以上高处作业的平台、扶梯、走道护梯、塔体等处,若损坏、松动、打滑或不符合规范要求,当作业人员在操作或巡检时不慎、失去平衡等,均有可能造成高处坠落的危险。

2.6 机械伤害危害分析

石灰石、生石灰、焦炭在破碎、筛分、运输过程中,如发生设备故障或作业人员违章作业,有可能发生机械伤害事故。同样在电石产品的破碎、贮存、包装、码垛过程中,如发生设备故障或作业人员违章作业,有可能发生机械伤害事故。

电动机、筛子等设备的转动部位,如防护措施不到位,或防护存在着一定的缺陷,或在事故及检修等情况下,存在机械伤害的可能。

2.7 物体打击危害分析

高处作业时作业人员从高处随意往下乱抛物体,或放在高处脚手架上的物品与材料等堆放不稳发生塌落掉下,或在检修作业过程中工器具安装不牢固及不慎脱落飞出,或在检修作业过程中敲击物体后,边、角飞溅,或正在转动的机器设备另部件因安装不牢固而飞出,这些乱抛的物体、坠落的物品与材料、飞出的工器具、飞出的零部件与飞溅边角等均可造成对作业人员及周围的人员的物体打击,以至造成伤害,甚至严重伤害。起重作业过程中存在物体打击的危险性,垛码散垛也存在物体打击的危险性。

2.8 粉尘危害分析

在气烧石灰窑系统中,在破坏原料和产品时,存在产生粉尘危害。电石生产过程中对人体产生危害的主要是粉尘,由于粉尘粒径在 10μm以下的占多数,人吸入后会在体内长期沉积,使肺功能受到影响。焦炭输送、转接、筛分、破碎过程中均会产生焦炭粉尘,生石灰的破碎也会产生粉尘,飘逸在车间空气中的煤尘可随空气进入人体肺部黏附在肺泡壁上,长期大量吸入煤尘可导至煤尘肺。破碎生石灰也可产生大量的粉尘,飘逸后也会对作业人员的肺部造成伤害。

2.9 噪声危害分析

噪声是人们不需要、不愿意听到的声音。在作业环境中,由于生产性因素产生的噪声为工业噪声。噪声分机械噪声、空气动力噪声 (气流噪声)和电磁噪声。电石生产过程的主要噪声源来罗茨风机及空气压缩机管道的进出口。石灰生产、焦炭与生石灰配料制备系统主要的噪声源有:震动筛、破碎机。

大多辅助工程及公用工程中都存在噪声危害,如泵房以及锅炉房、给排水设施,会产生较高的噪声。噪声会对现场作业人员带来健康危害,长时期在高强度噪声环境中作业会对人的听觉系统造成损伤,甚至导致不可逆性噪声性耳聋。此外,噪声对人的心血管系统、消化系统等均有一定的负面影响。

2.10 高温危害分析

对使用或输送高温介质的设备、管道凡高温(外表温度≥60℃)的设备及管道,均采取保温隔热措施,以防发生高温灼伤伤害。在电石生产过程中,可能发生高温烫伤的部位分析如下。

2.10.1 焦炭烘干

焦炭烘干用的炉气温度达到 700～750℃,用过的热风温度也高达 160℃左右,如果发生泄漏或防护不良,就会造成高温烫伤。

2.10.2 电石炉

电石生产炉内高温 2 000℃,辐射温度 400～700℃,如不加以防护,则有可能造成人员烧伤、烫伤,生产现场无法操作。

2.10.3 炉气净化

炉气出口温度达 700℃以上,降温到 260℃左右后送往除尘,这样的高温如果防护不当,就会造成高温烫伤。

2.10.4 电石冷却与储存

液态电石冷却时,温度达 2 000℃以上,如果发生溅出或电石锅倾倒,有造成人员烫伤的可能。同时凝固冷却的电石温度也很高,人员在进行操作时有发生高温烫伤的可能。

2.10.5 石灰窑系统

由于在烧制石灰的温度达 1 100～1 300℃,温度很高,如不加防护,则有可能造成人员烧伤或高温烫伤。

2.11 其他危害、有害因素分析

在生产过程中还存在其他的危险、有害因素,如起重作业伤害、车辆伤害、电磁辐射等。

起重作业潜在的危险性是物体打击。如果起重吊装的物体是易燃、易爆、有毒、腐蚀性较强的物料,此时若吊索具意外断裂、吊钩损坏或违反安全操作规程等,发生吊物坠落,除有可能直接伤人外,还会将盛装易燃、易爆、有毒、腐蚀性较强的物件包装损坏,介质流散出来造成污染,甚至发生火灾、爆炸、腐蚀、中毒等事故。

起重机和天车在运行过程中,基础不稳固被拉翻,或因拉绳或跑绳突然断裂,就有可能对周围正在作业的人员造成严重的伤害。钢丝绳排列不整齐,钢丝绳跑偏、钢丝上有毛刺,刮住作业人员的衣物等就有可能对作业人员造成致命的伤害。

起重机械在检查、检修作业过程中,还存在着触电、高处坠落、机械伤害等危险性,汽车吊在行驶过程中还存在着引发交通事故的潜在危险性。

在配料中使用了电磁振动给料机,电石炉系统中也使用了电极等设备,如果屏蔽不良,会对人员造成电磁辐射伤害。

此外,皮带运输机也能引起相应的危害事故,甚至是严重的伤害事故。

由于该生产装置在日常运行、检修等工作中,需要运用的各种车辆 (如:起重车辆、物品运输车辆以及其他进入生产区域的各种车辆等),如果管理不善等原因,则各种车辆在生产装置区域会对作业人员造成一定的伤害;同时会对生产装置造成一定的损坏,进而引发事故对作业人员造成伤害。因此,该生产装置在运行过程中,对车辆伤害应当引起一定的注意。

3 结论

通过上面的分析,我们可以得出:电石生产过程中的主要危险、有害因素是火灾、爆炸及中毒;其次是高处坠落、触电、机械伤害、粉尘危害、高温、噪声等其它危害。电石生产过程的主要危险物质是 CO和电石,都具有火灾危险性,而 CO还具有爆炸危险性和毒性危害。因此,在生产过程中一定要针对生产实际情况进行有针对性的措施和管理办法,避免生产事故的发生。