楊偉利

（河南省安全科學(xué)技術(shù)研究院鄭州450004）

海綿鈦生產(chǎn)工藝中鎂電解系統(tǒng)安全問題探討

楊偉利

（河南省安全科學(xué)技術(shù)研究院鄭州450004）

本文以海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)中鎂電解系統(tǒng)為研究對象，著重分析了生產(chǎn)過程中涉及的危險有害物質(zhì)和存在的主要危險有害因素，有針對性地提出了安全對策措施、建議。

鎂電解生產(chǎn)安全

1 前言

工業(yè)生產(chǎn)海綿鈦普遍采用鎂還原法，其全流程工藝過程主要包括氯化、還原蒸餾、電解三部分，而鎂電解系統(tǒng)作為原料形成閉路循環(huán)使用的重要環(huán)節(jié)，主要由氯化鎂電解、鎂精煉、氯氣處理等部分組成。以多極無隔板技術(shù)為代表的鎂電解工藝雖然循環(huán)利用了氯化鎂，使海綿鈦企業(yè)不必再外購大量金屬鎂、液氯，既節(jié)能又環(huán)保。但因電解工藝在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，且電解產(chǎn)出熔融鎂和劇毒物質(zhì)氯氣，增加了工藝的危險性，因此其生產(chǎn)安全工作顯得更為突出。

2 鎂電解生產(chǎn)工藝技術(shù)

目前國內(nèi)企業(yè)大多采用大容量、能耗低、環(huán)保效果好的多極無隔板鎂電解技術(shù)。鎂電解系統(tǒng)生產(chǎn)中從還原蒸餾車間得到MgCl2，通過抬包將其加入鎂電解槽中，電解產(chǎn)出粗鎂和氯氣。粗鎂經(jīng)精煉后抽取至抬包，送還原蒸餾車間。精煉過程中為保護(hù)熔融鎂免遭氧化，一般向爐內(nèi)充氬氣。氯氣則由氯氣輸送總管匯集，經(jīng)降溫、除塵、干燥，最后壓送至氯化系統(tǒng)或氯氣液化系統(tǒng)。尾氣等進(jìn)入氯氣回收系統(tǒng)經(jīng)過堿吸收后，生成次氯酸鈉。其主要反應(yīng)式如下，見圖1。

圖1 鎂電解系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程簡圖

3 生產(chǎn)過程中涉及的主要危險有害物質(zhì)

對鎂電解生產(chǎn)過程中涉及的原料、產(chǎn)品的種類、危險類別、分布情況進(jìn)行辨識與分析，結(jié)果匯總見表1。

表1 鎂電解生產(chǎn)中涉及的主要危險有害物質(zhì)種類、分布情況表

4 生產(chǎn)過程中的危險有害因素分析

4.1 中毒、窒息

（1）鎂電解過程中產(chǎn)生大量氯氣，氯氣為劇毒化學(xué)品，具有普遍的氯氣中毒危險。造成氯氣中毒的原因主要有：設(shè)備、管道密封不嚴(yán)、腐蝕穿孔、焊縫開裂；墊片損壞、閥門及法蘭等部位密封失效等。氯氣比重較空氣大，泄漏后易沉積于地面，四處擴(kuò)散，通過門檻、窗臺、孔洞進(jìn)入室內(nèi)，危及作業(yè)人員安全。甚至越過圍墻向周邊擴(kuò)散，危及廠外居民安全。

（2）氬氣本身無毒，但高濃度接觸時可導(dǎo)致人員窒息。

4.2 火災(zāi)爆炸

（1）電解產(chǎn)生的熔融鎂若遇水或潮氣可發(fā)生猛烈反應(yīng)放出氫氣，遇火源或高溫可能引起燃燒或爆炸。

（2）氯氣是助燃?xì)怏w，火災(zāi)危險性為乙類，一般可燃物大都能在氯氣中燃燒。大多易燃?xì)怏w都能與氯氣形成爆炸性混合物，與潤滑油等接觸也能形成爆炸性混合物。接觸黃銅、碳等物質(zhì)會導(dǎo)致燃燒、爆炸，釋放出有毒煙霧。

（3）未經(jīng)充分預(yù)熱的潮濕工具放入熔融電解質(zhì)時，可能會發(fā)生爆炸。濺起的熔融電解質(zhì)，可造成燙傷等二次事故。

4.3 灼傷、腐蝕

（1）鎂電解反應(yīng)、精煉過程均在高溫下進(jìn)行，鎂抬包吊運、輸送作業(yè)頻繁，存在著高溫設(shè)備、高溫物料以及高溫殘渣，均可能使作業(yè)人員受到灼燙傷害。

（2）硫酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉溶液均為腐蝕性物質(zhì)。其危險危害性主要表現(xiàn)在兩個方面，一是對人的化學(xué)灼傷，當(dāng)接觸或進(jìn)入人體時，使皮膚、眼睛、呼吸系統(tǒng)等受到傷害。二是對物的腐蝕，它們作用于設(shè)備、儀表、容器、管道、建構(gòu)筑物的表面，而導(dǎo)致腐蝕、損壞，進(jìn)而造成跑冒滴漏，并可能誘發(fā)中毒、灼傷等二次傷害事故。

（3）電解過程中逸出的氯氣溫度高，對設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，潮濕環(huán)境下，氯氣嚴(yán)重腐蝕鐵、鋼、銅和鋅，易造成電解槽的迅速腐蝕和破壞，發(fā)生設(shè)備事故。

4.4 其他危險有害因素

除以上幾種主要危險有害因素外，還存在起重傷害、電氣傷害、機(jī)械傷害、高處墜落、物體打擊、噪聲與振動等，也應(yīng)引起足夠的重視。

5 安全對策措施

5.1 合理布置、確保建構(gòu)筑物安全

應(yīng)合理布置電解裝置、精煉設(shè)施、凈化裝置、儲存設(shè)施以及循環(huán)水、變配電等公輔設(shè)施，保證其合理分區(qū)，保持相應(yīng)的防火間距，減少相互影響。建筑物的耐火等級、建筑面積、防火分區(qū)、安全疏散通道等應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)定。對用電負(fù)荷集中的電解車間，還應(yīng)靠近廠內(nèi)變配電站。

5.2 提高生產(chǎn)過程的自動化、密閉化水平

（1）提高自動化水平，重點監(jiān)控電解槽內(nèi)液位、電解槽內(nèi)電流和電壓、電解槽進(jìn)出物料流量、有毒氣體濃度、電解槽的溫度和壓力、氯氣雜質(zhì)含量等工藝參數(shù)。

（2）設(shè)置電解槽溫度、壓力、液位、流量報警和聯(lián)鎖、電解供電整流裝置與電解槽供電的報警和聯(lián)鎖、緊急聯(lián)鎖切斷裝置、事故狀態(tài)下氯氣吸收中和系統(tǒng)、有毒氣體檢測報警及聯(lián)鎖等。

（3）控制好電解槽的熱平衡，在最低溫度即略高于金屬鎂熔點的溫度下運行，采用DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電解質(zhì)溫度的自動控制與調(diào)整。

（4）為防止下游裝置、設(shè)備出現(xiàn)故障時氯氣的無序排放，保證氯氣有去處、不泄漏，應(yīng)設(shè)置工藝緩沖設(shè)施，將氯氣液化后儲存在液氯儲槽內(nèi)，或通過充裝排充裝至液氯鋼瓶。

（5）實現(xiàn)進(jìn)料、輸送等環(huán)節(jié)的密閉化、機(jī)械化、自動化操作，減少從業(yè)人員與危險有害物質(zhì)的接觸。

5.3 提升重點監(jiān)管危險化學(xué)品安全設(shè)施水平

氯氣被國家安全監(jiān)管總局列為重點監(jiān)管的危險化學(xué)品，應(yīng)采取以下安全措施：

（1）突出重點，嚴(yán)格工藝、設(shè)備管理。裝備功能完善的自動化控制系統(tǒng)，重點監(jiān)控氯氣的工藝參數(shù)，如壓力、溫度、液位、流量等。

（2）液氯系統(tǒng)易構(gòu)成重大危險源，對構(gòu)成重大危險源的場所或者設(shè)施，設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控應(yīng)做到全覆蓋、無盲區(qū)。監(jiān)控記錄應(yīng)可追溯。

（3）設(shè)置氣體泄漏檢測報警儀，其檢測探頭的設(shè)置數(shù)量、設(shè)置高度、與釋放源的距離及報警設(shè)備的選用應(yīng)符合相關(guān)要求。

（4）液氯儲槽區(qū)應(yīng)有備用罐，并設(shè)置堿噴淋系統(tǒng)。液氯氣化系統(tǒng)應(yīng)符合《氯氣安全規(guī)程》的要求，液氯氣化器、儲槽等設(shè)施設(shè)備的壓力表、液位計、溫度計應(yīng)裝有帶遠(yuǎn)傳報警的安全裝置。

5.4 保證絕緣設(shè)施及措施齊全、有效

（1）電解車間地坪應(yīng)采用絕緣材料，電解槽的金屬殼應(yīng)安裝在絕緣基礎(chǔ)上，電解車間的建筑結(jié)構(gòu)、墻、基礎(chǔ)、天車都要與地面絕緣。

（2）定期進(jìn)行絕緣檢查，測定電解槽各元件對地電阻，若發(fā)現(xiàn)電阻低于規(guī)定值時，應(yīng)迅速采取措施。

（3）電解車間廠房、工作地點應(yīng)保持清潔干燥，防止因潮濕而導(dǎo)致人員發(fā)生觸電事故。

5.5 加強(qiáng)個體防護(hù)用品和應(yīng)急救援器材、設(shè)施配備

（1）加強(qiáng)個體防護(hù)工作，現(xiàn)場配備化學(xué)安全防護(hù)眼鏡、防靜電工作服、防化學(xué)品手套等。

（2）配備必要的應(yīng)急救援器材，包括專用堵漏工具、空氣呼吸器、防毒面具、重型防護(hù)服。加強(qiáng)應(yīng)急演練，提高應(yīng)急處置能力。

（3）硫酸、氫氧化鈉儲存區(qū)設(shè)置圍堰，地面進(jìn)行防滲透處理，并配備儲液池，儲存區(qū)備有合適的材料收容泄漏物，同時設(shè)置洗眼器、淋洗器。

（4）在廠區(qū)高處設(shè)置風(fēng)向標(biāo)，一旦發(fā)生有毒物質(zhì)泄漏，能夠迅速、準(zhǔn)確地確定應(yīng)急疏散方向。

6 結(jié)束語

鎂電解系統(tǒng)是實現(xiàn)海綿鈦全流程中氯-鎂循環(huán)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)大多已實現(xiàn)原料閉路循環(huán)生產(chǎn)。從工藝過程可知，鎂電解生產(chǎn)兼有化工和冶金生產(chǎn)中普遍存在的中毒、窒息、高溫、火災(zāi)、爆炸、灼傷、腐蝕等危險性特征。海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)從原有的有色冶金行業(yè)安全管理模式中轉(zhuǎn)變出來，提高認(rèn)識，增強(qiáng)安全意識，突出重點，強(qiáng)化鎂電解系統(tǒng)安全設(shè)施配備與安全管理工作，真正提升企業(yè)本質(zhì)安全水平。

[1]李亞軍，張新彥.海綿鈦的工藝技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，材料開發(fā)與應(yīng)用，2013（28）：102-107.

[2]姜寶偉，海綿鈦生產(chǎn)工藝中多極性鎂電解槽技術(shù)應(yīng)用研究，輕金屬，2011（8）：59-61.

[3]李大成，周大利，劉恒.鎂熱法海綿鈦生產(chǎn).

收稿：2015-07-12

圖4 改裝后的示意圖

改進(jìn)以后的插床在加工直徑上滿足了加工要求，大大提高了機(jī)床的工作范圍，但同時存在安全性能隱患，在加工時讓刀量也較大，在考慮到這些因素后，應(yīng)該再增加加長刀架的寬度使應(yīng)力盡可能多的分布到更大面積的燕尾槽中，同時對刀桿的材質(zhì)選用上應(yīng)提高具有較大剛性的材質(zhì)。

4 結(jié)束語

總之，這次改進(jìn)改進(jìn)后的刀架由于是焊接件，剛性不足，在插削過程中容易出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，影響加工精度。我們今后將試制一把整體刀桿架，這樣，刀架強(qiáng)度增加了，讓刀情況就會減少，更便于插削加工。

參考文獻(xiàn)

[1]BY50100E型插床說明書.

[2]馮鑒，何俊，雷智翔，等.機(jī)械原理.西南交大出版社2008.

[3]沈小陽，王平.理論力學(xué)和機(jī)械原理課程運動合成的異同分析.天津科技大學(xué).

收稿：2015-04-22

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.042