液体二氧化碳相变致裂技术在处置电石炉电极软断中的应用

董云涛 董庆祥 谢雨航 谢红莉

（1. 四川省永贞注册安全工程师事务有限公司，四川 成都610021 2、湖南汉寿煤机科技有限公司，湖南 汉寿415900 3、四川豹变科技有限公司，四川 成都610021）

1 概述

在整个电石炉设备中，电极就是心脏，电流通过电极输入炉内，产生电弧，进行电石冶炼。某公司在2017 年9 月生产过程中发生电极软断，由于电极直径1.3 米，无法从电石炉中取出，必须进行破碎处理。传统的破碎处理方法包括使用炸药和“水炮”，其中使用炸药过程产生的震动控制不当可能对炉体造成破坏从而导致喷料等恶性事件；使用“水炮”无法控制释放压力和做功方向，并且水雾在炉体中可能会导致爆炸事故发生。液体二氧化碳致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显著的致裂技术[1]，属于物理致裂技术，具有致裂过程无火花外露、致裂威力大、致裂压力可控、操作简便、可定向致裂等优点，国外已广泛应用于采煤、采石、煤仓清堵、市政工程和建筑物拆除等行业。经技术论证，决定采用液体二氧化碳致裂技术对软断电极进行破碎。

2 施工工艺

2.1 设备选择

致裂器一般由充气阀、发热装置、储液管、泄能器等组成，结构如图1[2]所示。

图1 预裂器结构示意图

本次致裂作业采用湖南汉寿煤机科技有限公司生产的致裂管，致裂管参数如表1 所示。

2.2 工作原理

储存在储液管中的液体二氧化碳在发热装置作用下在0.1s内瞬间气化，体积膨胀600 倍以上产生高压，当压力超过剪切片的剪切强度（可设定压力）时，高压气体冲破剪切片从泄能头快速释放，定向作用在软断电极上，从而达到破碎电极的目的。

表1 基本参数表

3 技术方案

3.1 施工条件

（1）大气压力：102kPa～105kPa；

（2）环境温度：25℃～+30℃；

（3）电石炉温度：1000℃；

（4）电极直径1300mm，通过致裂形成不大于600mm 小块。电极现场情况如图2 所示。

3.2 施工步骤

由于是首次采用液体二氧化碳致裂技术处理电极软断，工作前进行了安全条件论证，由于不清楚处置效果，现场准备了4根致裂管。

图2 电极软断情况

（1）设置致裂孔

结合公司之前处置电极经验，使用吹氧管在破碎电极大块上烧出直径60mm 致裂孔，孔深80cm。其中第一次致裂孔位于电极大块中部，第二次致裂孔位于电极大块底部。

（2）放置致裂管

安排专业操作人员将致裂管送入致裂孔，未采取封堵措施。控制电线采用常规铜芯电线。

（3）致裂

技术人员使用矿用发爆器操作，安全距离30 米，致裂过程关闭炉门。

4 致裂效果分析

累计使用4 跟致裂管，其中第一根现场试爆测试控制网络，未实际发挥效果；第四根未作用，经事后分析是在运输过程中内部发热装置断裂。

4.1 致裂效果与致裂孔的关系

第二根致裂管致裂孔在软断电极中部，致裂后，电极裂成60CM左右小块，大部分可以从炉门取出。

第三根致裂管致裂孔在软断电极底部，致裂后，电极裂开，但有一个大块无法从炉门取出。

电极致裂后现场情况如图3 所示。

图3 电极致裂效果

4.2 致裂过程的振动

经现场检测，致裂过程无振动；致裂后打开炉门观察，无小块电极碎片飞散痕迹。

5 结论

采用液体二氧化碳致裂技术处置电石炉电极软断是可行的，有着非常明显的技术优势，主要体现在如下几个方面。

（1）安全性高

二氧化碳致裂技术采用独特的设计，在工作时不会产生任何明火或火花；二氧化碳气体本身为惰性气体，不会与电石或电极发生化学反应。二氧化碳致裂处理瞎炮工艺简单安全，只需将未爆的致裂器移出炉外，使用专用拆装设备释放二氧化碳即可，或者等剪切片自行融化泄压，不存在安全隐患。

（2）致裂效果好

与炸药爆破相比，避免了装药量不合适导致的物体飞散。可以合理选择致裂方向，实现定向致裂。

（3）其他有害影响小

采用二氧化碳致裂技术，致裂后不会产生冲击波，不会产生较大的声响，对电石炉炉体和电石炉附件不会产生额外不利影响。

（4）恢复生产时间短

采用二氧化碳致裂技术，可以在高温下进行操作，减少因处置电极导致的停车时间。