趙晉，龍燕

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

銅冶煉廠安全設(shè)施設(shè)計(jì)淺析

趙晉，龍燕

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

銅冶煉廠從原輔材料到產(chǎn)品的貯存、使用過(guò)程均存在著各種安全因素，銅冶煉廠的安全生產(chǎn)和勞動(dòng)者的人身安全及周邊的環(huán)境安全是此類企業(yè)工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。在對(duì)銅冶煉廠各工藝過(guò)程及設(shè)備的危險(xiǎn)有害因素進(jìn)行分析篩選的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要說(shuō)明了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大型銅冶煉廠設(shè)計(jì)采用的主要安全防范設(shè)施,為銅冶煉廠及類似企業(yè)的安全設(shè)計(jì)提供參考。

銅冶煉；安全因素；設(shè)施設(shè)計(jì)；風(fēng)險(xiǎn)防范；管理體系

0 前言

銅是重要的基礎(chǔ)工業(yè)原材料,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中有著廣泛用途和重要影響。隨著我國(guó)在銅冶煉技術(shù)方面的突破和創(chuàng)新,大型銅冶煉廠的生產(chǎn)能力已普遍達(dá)到200 kt陰極銅/a以上,江銅、安徽銅陵等超大型銅冶煉廠的生產(chǎn)規(guī)模甚至已達(dá)到百萬(wàn)噸,為發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)和解決就業(yè)方面起到了舉足輕重的作用。銅冶煉廠以銅精礦為原料,采用火法熔煉生產(chǎn)陽(yáng)極銅,電解精煉生產(chǎn)陰極銅,冶煉煙氣副產(chǎn)濃硫酸,主要危險(xiǎn)因素有火災(zāi)、爆炸、中毒等,在有色金屬冶煉領(lǐng)域具有較強(qiáng)的代表性,下文擬針對(duì)采用火法冶煉的銅冶煉廠的安全設(shè)施設(shè)計(jì)做一簡(jiǎn)要分析。

1 銅冶煉廠的危險(xiǎn)、有害因素分析

1.1 銅火法冶煉工藝過(guò)程簡(jiǎn)述

銅火法冶煉的一般工藝[1-2]為：銅精礦經(jīng)配料后由蒸汽干燥機(jī)干燥至含水率＜0.3%以下，經(jīng)加料系統(tǒng)噴入閃速熔煉爐的爐體內(nèi)，在天然氣和氧氣形成的高溫氧化氛圍內(nèi)生成銅锍；銅锍進(jìn)入吹煉爐得到含銅＞95%的粗銅；粗銅再進(jìn)陽(yáng)極爐經(jīng)氧化、還原過(guò)程得到含銅＞98%的陽(yáng)極銅；陽(yáng)極銅澆鑄成陽(yáng)極板，采用濕法電解工藝得到含銅99.99%的陰極銅。閃速熔煉和吹煉過(guò)程產(chǎn)生的含高濃度SO2煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱和收塵后，采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝生產(chǎn)硫酸；熔煉渣經(jīng)緩冷后采用磨浮工藝回收銅精礦；電解過(guò)程產(chǎn)生的陽(yáng)極泥采用卡爾多爐火法熔煉+濕法電解工藝回收金、銀、硒等有價(jià)金屬[3]。相應(yīng)的銅冶煉廠主體工程有精礦庫(kù)、熔煉車間、制酸車間、電解車間、貴金屬回收車間、渣緩冷場(chǎng)和渣選礦車間，輔助工程有LNG站、氧氣站、空壓站、純水站、總降變壓站、應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房等。

具體的工藝流程及主要危險(xiǎn)因素分布環(huán)節(jié)可見圖1。

圖1 銅火法冶煉過(guò)程及危險(xiǎn)因素分布

1.2 危險(xiǎn)化學(xué)品

以銅精礦為原料的銅火法冶煉廠使用(及產(chǎn)生)的危險(xiǎn)化學(xué)品有十余種，包括硫酸、二氧化硫、氧(壓縮的)、氮(壓縮的)、氯氣、天然氣、鹽酸、氫氧化鈉、硝酸、砷化氫、硫化氫、五氧化二釩等。依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》(2002版),天然氣屬于易燃?xì)怏w，氯氣、二氧化硫、硫化氫、砷化氫屬有毒氣體,氧(壓縮的)、氮(壓縮的)屬不燃?jí)嚎s氣體，硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉屬液態(tài)腐蝕品,五氧化二釩屬固態(tài)毒害品。上述危險(xiǎn)物料的使用(及產(chǎn)生)環(huán)節(jié)及主要危險(xiǎn)因素見表1。

表1 銅火法冶煉使用(及產(chǎn)生)危險(xiǎn)因素

1.3 生產(chǎn)過(guò)程

生產(chǎn)過(guò)程中存在的危險(xiǎn)、有害因素主要有火災(zāi)爆炸、機(jī)械傷害、起重傷害、高處墜落、灼燙、觸電等，各生產(chǎn)設(shè)施和輔助設(shè)施存在的危險(xiǎn)有害環(huán)節(jié)見表2。

表2 生產(chǎn)過(guò)程主要危險(xiǎn)、有害因素

2 銅冶煉廠的安全設(shè)施設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

針對(duì)銅火法冶煉工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，大部分工序都不同程度地存在不安全因素和問(wèn)題的特點(diǎn)，按照“安全第一、預(yù)防為主”的方針，首先應(yīng)選擇自動(dòng)化程度高、安全可靠的工藝方案和設(shè)備，提高生產(chǎn)過(guò)程的本質(zhì)安全性；其次是從科學(xué)布置的角度，在滿足安全間距的前提下保證生產(chǎn)過(guò)程的順暢便捷；再次是設(shè)置必要的安全防范、應(yīng)急救援設(shè)備與裝置，最大限度地減少事故的發(fā)生，減輕傷害的程度。

2.2 生產(chǎn)裝置的主要安全措施

銅冶煉廠的生產(chǎn)裝置主要布置在熔煉車間、電解車間，這些生產(chǎn)裝置處理的介質(zhì)特點(diǎn)是數(shù)量大、蘊(yùn)含的能量大(包括熱能、化學(xué)能)、有毒害性,因此選擇大型化、自動(dòng)化的冶煉設(shè)備成為保障生產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)。目前使用成熟的冶煉設(shè)備包括閃速熔煉爐、閃速吹煉爐、回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐等。以具有國(guó)際先進(jìn)水平的銅冶煉“雙閃”工藝設(shè)備為例：閃速熔煉爐具有技術(shù)先進(jìn)成熟可靠、精礦對(duì)爐襯的浸蝕少、可進(jìn)行高富氧熔煉、爐子密閉性好，煙氣量小，SO2濃度高、煙氣處理容易，熔煉過(guò)程可以自熱，燃料適應(yīng)性強(qiáng)、易于操作和控制、環(huán)境保護(hù)及勞動(dòng)條件好、擴(kuò)產(chǎn)潛能大等特點(diǎn)；閃速吹煉爐具有設(shè)備臺(tái)數(shù)少、占地小,煙氣量小,SO2濃度高,無(wú)低空污染,環(huán)保效果好,作業(yè)連續(xù)穩(wěn)定,自動(dòng)化程度高,爐體壽命長(zhǎng),耐火材料消耗量低的特點(diǎn)。單臺(tái)閃速熔煉爐及閃速吹煉爐組成的“雙閃”系統(tǒng)可達(dá)到400 kt陰極銅/a的處理能力。

為保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定可控，大型銅冶煉廠都配置了DCS控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)控[4]?？刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容主要包括：所管轄區(qū)域的工藝生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)（溫度、壓力、流量、料位、重量、成分分析、速度和電導(dǎo)率等）的監(jiān)視；主要機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)（開、停、故障、電流和電壓等）的監(jiān)視；主要工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)；數(shù)控設(shè)備裝置的控制管理；設(shè)備的聯(lián)鎖啟停保護(hù)等。電力設(shè)計(jì)采用雙回路供電，同時(shí)備有應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，確保外部電源出現(xiàn)故障時(shí)能在30 s內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)，防止停電而出現(xiàn)的各種事故[5]。鍋爐、起重機(jī)、廠內(nèi)專用車輛、壓力容器及管道等特種設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造嚴(yán)格按國(guó)家的規(guī)定，加強(qiáng)檢查，鑒定合格方可使用,以防事故發(fā)生。

2.3 總圖布置和建筑物安全設(shè)計(jì)

銅冶煉廠總圖布置一般將人員出入口和貨物出入口分開設(shè)置，氧氣站、總降變壓站、酸庫(kù)、LNG站、貴金屬回收車間等危險(xiǎn)等級(jí)高的車間設(shè)單獨(dú)圍墻進(jìn)行隔離。廠區(qū)的綜合管網(wǎng)采用管橋架沿道路敷設(shè)，分層布置管道，底層凈高＞5 m。對(duì)于運(yùn)送危險(xiǎn)化學(xué)品的車輛，在廠內(nèi)設(shè)有專用的路線及警示標(biāo)識(shí)，以保障運(yùn)輸安全[6]。

主要建筑物包括銅精礦庫(kù)、熔煉車間、電解車間、渣選礦車間等，安全等級(jí)為二級(jí)，耐火等級(jí)均為二級(jí)。鋼結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件防火按規(guī)范要求進(jìn)行防火處理。根據(jù)各車間的腐蝕性質(zhì)，對(duì)不同車間、不同部位,進(jìn)行不同防護(hù)處理，一般構(gòu)造如下：1)地面、地坑、地溝采用乙烯基樹脂玻璃鋼隔離層，花崗巖或耐酸磚面層，或者采用聚脲整體防腐面層；2)樓面采用乙烯基樹脂玻璃鋼隔離層，改性呋喃樹脂混凝土或耐酸磚面層，或者采用聚脲整體防腐面層；3)內(nèi)墻面采用含氟高氯化或氯磺化防腐涂料；4)鋼結(jié)構(gòu)、鋼構(gòu)架表面除銹后刷聚氯乙烯含氟螢丹防腐涂料，或氯化橡膠防腐涂料；5)鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)材料采用彩色壓型鋼板或防腐復(fù)合板[7]。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)防范、應(yīng)急救援設(shè)施及設(shè)備設(shè)計(jì)

1)酸庫(kù)設(shè)有專門的防泄漏圍堰,圍堰的容積按1臺(tái)最大酸罐的貯存量考慮,并設(shè)有管道和閥門,送往裝酸地下槽。在必要位置設(shè)洗眼器、噴淋裝置、防化服、防毒面具等急救設(shè)施。

2)LNG站設(shè)備均采用露天布置，其中LNG儲(chǔ)罐設(shè)置在防護(hù)堤內(nèi)，氣化器和管道天然氣的調(diào)壓計(jì)量撬裝箱設(shè)置在防護(hù)堤外，整個(gè)站區(qū)用圍墻與其它設(shè)施分隔，站區(qū)內(nèi)和站區(qū)外均設(shè)有環(huán)行消防通道。按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》的安全配置要求，LNG站設(shè)置固定水噴淋消防，并配備完善的火焰檢測(cè)、低溫檢測(cè)、氣體泄漏檢測(cè)以及遠(yuǎn)程攝像監(jiān)控等設(shè)施。

3)熔煉車間、LNG站等存在易燃、易爆危險(xiǎn)物料的場(chǎng)所均設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，凈液車間、貴金屬回收車間、廢酸處理站等存在有可能泄漏有毒化學(xué)品的場(chǎng)所，設(shè)置有毒氣體探測(cè)器，并把信號(hào)引入DCS系統(tǒng)報(bào)警，車間內(nèi)設(shè)置的有毒氣體探測(cè)器與事故風(fēng)機(jī)實(shí)行連鎖。

4)所有操作人員均配備勞動(dòng)服、勞動(dòng)鞋帽，熔煉車間還應(yīng)配戴防護(hù)眼鏡、防護(hù)口罩等。行政區(qū)設(shè)倒班員工公寓、更衣洗浴中心，部分車間設(shè)廁所、洗手池和事故沖淋等安全衛(wèi)生設(shè)施。

5)各生產(chǎn)車間根據(jù)其火災(zāi)危險(xiǎn)性類別，按規(guī)范要求設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。消防系統(tǒng)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防聯(lián)動(dòng)控制、火災(zāi)警報(bào)裝置和消防專用電話組成。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的銅冶煉技術(shù)已走進(jìn)世界先進(jìn)水平之列，安全設(shè)施的合理、完善設(shè)計(jì)是建設(shè)現(xiàn)代化銅冶煉廠的重要環(huán)節(jié)。但除此之外，一個(gè)現(xiàn)代化銅冶煉廠相配套的是現(xiàn)代化安全管理體系建設(shè)，即對(duì)生產(chǎn)的操作者必須有正規(guī)化、科學(xué)化的培訓(xùn)、管理、考核。只有操作者嚴(yán)格執(zhí)行了安全操作規(guī)程，銅冶煉廠的安全設(shè)施才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，企業(yè)的安全生產(chǎn)才能得到保證。

[1]鄧鋒.先進(jìn)工藝控制在銅冶煉中的應(yīng)用[J].有色冶煉,2002(5):45-49.

[2]周松林.祥光“雙閃”銅冶煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬(冶煉部分),2009(2):13-15,20.

[3]袁建中.電解凈液車間通風(fēng)及凈化處理[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究, 2002(3):61-63.

[4]戎隆勝,徐琪.大型銅冶煉廠緊急聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)施淺析[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2008,29(4):22-25.

[5]王復(fù)民.現(xiàn)代銅冶煉廠電氣設(shè)備及其發(fā)展趨勢(shì)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,1996,17(1):58-64.

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[7]張鐵流.銅冶煉中的通風(fēng)、防腐措施及主要安全技術(shù)[J].新疆有色金屬,2007(S1):96-97.

Brief Analysis on Safety Facility Design of Copper Sm elter

ZHAO Jin,LONG Yan
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Various safety factors exist in the copper smelter from the raw and auxiliary materials to the product storage and application process,and the safety production of copper smelter,personal safety of the labors and the safety of the surrounding environment are important procedures in the engineering design of the enterprises.Based on the analysis and selection of dangerous and harmful factors of the technology process and equipment of the copper smelter,this paper briefly introduces the main safety facilities that are adopted by the domestic large-scale copper smelters in the design at the current stage to provide the reference for the safety design for the copper smelters and similar enterprises.

copper smelting;safety factor;facility design;risk prevention;management system

TF088

B

1004-4345(2014)02-0048-03

2013-10-30

趙晉(1978—),工程師,主要從事有色冶煉安全設(shè)計(jì)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。