水泥窑协同处置危废破碎过程中氮气保护的重要性

宋学飞，韩鹏

(1.宣城华信检测服务有限公司，安徽 宣城 242300；2.芜湖海创环保科技有限责任公司，安徽 芜湖 241200)

0 引言

水泥窑协同处置危废过程中，固态物料在破碎机破碎过程中，因物料之间相互挤压，容易产生高温，很多危废具有易燃性，达到闪点极易发生爆炸，造成严重安全隐患，伤及设备、爆破片，更有可能造成人员伤亡，严重影响安全生产[1]。为保证处置危废过程中的安全，文章讨论在破碎机启动前提前用氮气对设备内空气进行置换，用来降低设备内氧气含量，使破碎过程在氮气环境下进行，因氮气是惰性气体，一般不会和物料发生反应，以保证处置安全[2]。

1 保护原理

燃烧的三要素，同时具备助燃物、可燃物和着火源(亦称温度达到着火点)，这是燃烧和火灾发生的必要条件。文章中的可燃物即为危险废物，危险废物种类繁多，品类繁杂，根据水泥窑协同处置危废的普遍能力，以及危废经营许可证的许可范围。一般包含医药废物、农药废物、废有机溶剂、废矿物油、蒸馏残渣、精馏残渣、含金属类废物等，同时在实际处置过程中，可能还存在因分拣不到位及其他原因造成的某些易燃危废的夹带等。助燃物(氧化剂)：即能与可燃物发生氧化反应的物质，文章所讲的氧化剂(助燃物)是指广泛存在于空气中的氧气。温度(着火源)：一般分直接火源和间接火源两大类，文章讨论的主要是间接火源：即在破碎机运转过程中，转子和危险废物之间挤压、撕碎、破碎过程中的摩擦发热，且破碎机内部为密闭空间，无法散热，还会造成积热不散，加剧了破碎过程中火灾爆炸的可能性。为保证在破碎过程中的绝对安全性，通过研讨燃烧三要素的控制以及结合可行性。可燃物和温度(着火源)控制难度大，可操作性低，只有通过控制助燃物(氧化剂)来达到控制火灾爆炸的目的，为减少破碎机内氧气含量，通过在破碎机启动前注入氮气的方式，提高氮气含量，置换破碎机内氧气，使氧气含量从21%降低至8%以下，让危险废物在氮气环境中破碎。因氮气性质稳定，化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，不会和易燃易爆的危险废物产生反应，且可以通过空气压缩进行制得，获取方便，所以通过氮气保护破碎，以保证破碎安全。

2 启动程序

当物料进入破碎机，达到喂料量后，关闭破碎机翻板阀，必须保证破碎机完全密闭后，方可启动制氮系统。启动制氮机时，应检查各个设备是否漏气，检查电源是否符合设备要求，然后将整个机组通电，闭合空压机电源，启动空压机。闭合冷干机电源，启动冷干机。(冷媒低压0.4～0.6 MPa之间，冷媒高压1.2～1.6 MPa之间)打开制氮机进气阀门，闭合制氮机开关，启动制氮机。这时如果氮气纯度低于设置的纯度，不合格排空阀门就会打开，合格后不合格排空阀门关上，产气阀门自动打开，这时调节产气阀门的红色手阀，调节金属指针到相应位置即可。启动冷干机，并确保冷干机正常工作，检查电磁阀排水器能否开启，是否能正常排气。开启空压机，注意观察空压机运转是否正常，是否有故障停机现象出现。如有则停止开启空压机，报检修人员维修。开启制氮机，检查气动阀气源减压阀是否正常，气动阀管路连接是否正常，如正常，启动氮气机启动按钮。观察制氮机A/B 吸附筒交替升压。

3 运行中观察

3.1 压力稳定

吸附罐工作压力应控制在0.6～0.8 MPa之间(如果压力过低会影响制氮机制氮的功能)。

3.2 氮气流量稳定

制氮机氮气产量由流量计控制，运行中应根据实际使用流量进行调节(不超过额定排气量)。

3.3 定时排水

设备正常运行时，应及时排出冷干机、各过滤器及空气储罐的积水，每隔1～2小时排放一次，自动定时排水要检查是否能正常排水(空气储罐每6小时排一次，一天最少2次)。

3.4 新鲜空气

必须保证进入吸附罐的空气为洁净、干燥的空气，空压机进气口必须保证是新鲜无污染的空气。空压机的出气口不允许出现油污。氮气保护破碎循环流程图如图1所示。

3.5 观察破碎系统运行时状态

破碎系统运行时，还应注意观察“破碎循环”和“混合循环”受到仓内氧含量检测结果及闸板位置的影响，只有当破碎仓氧含量低于4%、混合仓氧含量低于3.8%则可启动各自循环，不满足不允许启动。破碎机选择模式如图1所示。

图1 氮气保护破碎和保护模式

4 停机步骤

(1)关闭氮气输出阀门，停止检测，断开制氮机电源，停止工作。

(2)断开空压机电源，停止进气。

(3)断开冷干机电源，停止工作(室内温度低的话，冷干机停止工作之前，要把各过滤器的积水排掉)。

(4)注意事项：制氮系统关闭时，将工程氮气管线连接各储罐根部阀门全部关闭后，停止空压机，在空压机停机后在关闭制氮机吸附筒电源，最后关闭冷干机。氮气管线中所设安全阀、压力表、放散阀、疏水阀必须齐全完好。制氮保护系统运行系统如图2所示。

图2 制氮保护系统运行系统

5 运行注意事项

(1)氮气系统运行时，不准敲击、拆卸、紧固、修理管道和设备。管道、阀门和装置冻结时，只能用热水或蒸汽加热解冻。操作阀门时，操作人员严禁将身体各部位正对阀门手轮，且用力不可过猛。氮气吹扫置换不许在密闭场所进行，必须通过放空管排放。当显示破碎机内氧气含量低于8%时，即可开启破碎机进行危废破碎。破碎过程中保持密闭，物料放空前，严禁开启破碎机。压缩机房、制氮间、氮气排放口等有可能产生窒息性气体富集的场所应设置明显的警示标志，划定警戒区域，禁止无关人员进入，保持通风良好，如发现异常，及时报告。

(2)使用氮气的现场或操作室需有良好的通风换气设施，在通风条件不佳时必须进行氧气浓度检测，以保证安全，检测分析人员必须采取佩戴正压式呼吸器等防止窒息的可靠措施。

(3)新装或检修后的储气罐及管道必须进行耐压实验，合格后方可投入使用。

(4)使用氮气时，必须确认在密闭场所无氮气富集，应有防止人员窒息的防范措施。

(5)在氮气浓度高的环境中作业时，必须佩戴正压式呼吸器，并有人负责监护，应对氮气阀门严加管理，防止误操作。

(6)定期开展全方位氮气管网设备点巡检，保证系统的安全运行；查找隐患时可辅助采用肥皂水测漏。

(7)严禁使用氮气、压缩空气(内含氮气)吹扫人员或身体衣物。

(8)严禁使用氮气打扫设备及地面卫生。

(9)氮气储存和管道系统要有统一、明显的标识，标明气体走向，无法移动的储气罐必须有效隔离，并设置安全警示标识。

(10)高空氮气管、阀门等设施应有平台、走梯、护栏等安全防护措施。

(11)检修作业时，应对氮气阀门严加看管并做好标记，防止由于阀门误操作，使氮气窜入检修现场，造成窒息事故。

(12)氮气管道发生泄漏等事故，应立即启动急停装置，相关人员及时向公司领导报告，并通知有可能受到影响的其他人员；紧急情况下，应直接通知有可能受到影响的其他操作岗位，但事后必须立即向公司、部门领导汇报。检查氮气管道泄漏及氮气放散时，人员应站在上风侧，必要时佩戴正压式呼吸器。进入充装氮气的设备、管道和容器内部检修作业时，应办理危险作业申请审批手续，执行停送电申请、挂牌制度，并关闭阀门切断气源、加装盲板隔离等措施，用空气置换内部气体，对设备内部进行通风处理，使用便携式检测报警仪对内部含氧量进行检测，氧含量应保持在19.5%～23.5%方可准许人员在有专人监护的情况下进入作业。

(13)由于设备内部充装氮气，每次开闭上闸板都会将仓内气体释放出来，同时气体也可能会在设备的密封不良处释放一点出来。为保证维修、维护及实验室取样人员的安全，建议做如下几点：①设备间的风机一定要投入运行，从而保证设备间有良好的通风。②未经许可的人员严禁进入到设备间。③进入设备间的人员一定要随身携带手持式氧分析仪，进入前先检测下氧含量，保证安全后方可进入到房间。也可多配置几部手持式氧分析仪，将其放置在每个设备间的入口，同时张贴标识栏告知进入房间的人员。④进入房间的也许佩戴防毒防护用具，保证其安全的同时，也能减少有毒有害气体对人员健康的影响。⑤当设备发生故障，人员要打开检修门或进入到设备内部时，更要做好防护工作，同时要有安全人员来保证施工人员的安全。

6 制氮机系统常见故障及维修保养

6.1 氮气纯度不够

(1)看A塔或者B塔压力是否在正常工作范围(0.6～0.8 MPa)，如果不在，检查空压机供气是否正常和氮气主进气阀门打开位置是否正常。

(2)检查金属流量计指针是否超过额定流量，如果超过，降低金属指针位置。

(3)检查制氮机阀门动作是否正确(一般极少出现阀门动作错误)阀门是否损坏。

(4)定期检查氮气分析仪是否正常。

6.2 冷干机运行故障

(1)最常见的就是冷媒减少，这时候最明显的就是可以从冷媒低压和冷媒高压的压力表中看到冷媒压力不在正常的范围。

(2)冷干机后面的冷凝器要定期吹扫，冷凝器是散热的，如果大量灰尘落在冷凝器上面，会阻碍散热，冷干机易报故障。

(3)冷干机自动排水阀要定期检查是否损坏，如果损坏，会进一步影响冷干机工作。

(4)常用备件更换如表1所示。

表1 常用备件

(5)日常巡检：氧分析水洗罐需定期排水，建议每个班(按8小时/班计算)的巡检人员到混合器和破碎机氧分析柜旁排水。排水阀门在每台柜子的左下侧，每次排水1分钟左右即可。排水时通知中控，有可能会出现氧分析流量低报警。如出现，则关闭阀门后，通知中控重新开启破碎循环和混合循环。

7 发展展望

目前，随着国家工业化的不断发展，经济和科技水平的不断提高，越来越多的新建项目使用到一些新工艺、新设备、新材料，所带来产生的危险废物的种类、性质不断变化，给水泥窑协同处置危废的安全生产带来了新的挑战。同时还不乏存在某些产废企业安全意识不高，管理水平低下，对危险废物没有做到细致分类，致使出现在包装物内夹带其他品种危废的现象。若夹带自发热或者遇空气自然等危险废物，则给后期安全处置带来极大风险。通过氮气系统在破碎时进行保护，即使出现违规情况，也可以从技术手段尽量避免风险的发生。在前端分拣、取样、分析化验都失守的情况下，氮气保护作为安全处置危废的最后一道防线，起到了至关重要的作用。同时，也不能过多依赖氮气保护系统，还是要尽量在前端做好分拣，取样要有代表性，分析化验一定要准确，结果要可信。在管理上，也要做到万无一失。当需要进行破碎铁桶等金属类物质时，应保证必须在白天进行，因为物料破碎后，有些需要回坑搅拌后进行二次破碎，此时回坑物料是带有热量的，和坑内可燃物质接触，依然具有一定的安全风险，白天破碎的好处是一旦发生险情，可及时迅速的组织力量进行救援，把损失降到最低。水泥窑协同处置固危废，目前作为最经济、最环保的处置方式，为工业社会发展，为无废城市建设，为祖国的青山碧水作出巨大贡献。作为协同处置过程中最关键的破碎环节，使用氮气保护进行破碎，为水泥窑协同处置的生产安全作出了重要贡献。

8 结语

总而言之，在危废破碎过程中，在没有氮气保护模式下，极易发生险情，经常会出现破碎机内闪爆现象，内部物料将泄爆膜冲破。一是对安全造成较大风险，有可能造成人员伤亡；二是因为危废的腐蚀性、毒性、感染性等对环境也造成较大影响；三是为后期人工清理工作带来较大麻烦，清理完成后需重新安装泄爆膜；四是同时影响了正常的稳定生产，影响了企业效益。启用氮气保护模式后，很好解决了破碎时的闪爆问题，为稳定生产保驾护航作出了很大贡献。