高純碲車間一次氫化崗位生產(chǎn)故障的分析與對(duì)策

譚靖輝，童夢(mèng)良，梁建軍

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412004）

在某企業(yè)進(jìn)行工學(xué)交替實(shí)習(xí)期間，在高純碲車間一次氫化崗位頂崗實(shí)習(xí)的幾名學(xué)生與筆者就崗位上的事情交流較多，該崗位頻繁發(fā)生的生產(chǎn)故障引起了筆者較多的關(guān)注。筆者認(rèn)為，通過對(duì)一次氫化崗位生產(chǎn)故障原因的分析、整改措施的制定、工藝改進(jìn)、技術(shù)總結(jié)，不但可以提高實(shí)習(xí)師生的專業(yè)技術(shù)水平，更重要的是可以為實(shí)習(xí)企業(yè)解決實(shí)際問題，加強(qiáng)校企合作。

1 對(duì)高純碲及一次氫化的解釋

高純碲中碲的含量要求大于等于99.999%，Ag、Al、Cd、Fe、Mg、Ni、Pb、Se、Sn 雜質(zhì)總量小于 10×10-6。高純碲主要用于制備Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，太陽能電池，熱電轉(zhuǎn)換原件，致冷原件，氣敏、熱敏、壓敏、光敏、壓電晶體和核輻射探測、紅外探測器等基礎(chǔ)材料。

高純碲生產(chǎn)過程中，雜質(zhì)Se首先通過一次氫化除去。反應(yīng)式如下：

該反應(yīng)采用管式反應(yīng)器，反應(yīng)器材質(zhì)為石英玻璃。反應(yīng)溫度控制在350～440℃，生成的SeH2是無色、有惡臭的有毒氣體，比空氣重。由于雜質(zhì)硒的含量低，因此，生成的SeH2氣體量也較少。

2 故障的具體體現(xiàn)及危害

一次氫化崗位的生產(chǎn)故障，集中體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）一次氫化反應(yīng)時(shí)間過長；（2）一次氫化崗位頻繁發(fā)生管式反應(yīng)器的起火爆炸事故。

一次氫化屬于無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間長達(dá)30多個(gè)小時(shí)。對(duì)于化工生產(chǎn)中的無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間一般為1～2.5h，即使是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間一般也在6h以內(nèi)。一次氫化反應(yīng)時(shí)間長達(dá)30多個(gè)小時(shí)是不正常的、也是罕見的，反應(yīng)時(shí)間過長會(huì)給生產(chǎn)帶來被動(dòng)，降低生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力，也不便于生產(chǎn)管理。

一次氫化崗位頻繁發(fā)生管式反應(yīng)器的起火爆炸事故（一個(gè)月平均發(fā)生4～5起），這種起火爆炸事故雖然只炸石英玻璃管反應(yīng)器后再起火，爆炸威力不大，火勢也較小容易撲滅，但它對(duì)正常生產(chǎn)秩序及企業(yè)員工心態(tài)的影響是相當(dāng)嚴(yán)重的。每一次管式反應(yīng)器起火爆炸事故的發(fā)生，都會(huì)造成一次氫化崗位在幾天時(shí)間內(nèi)部分停產(chǎn)甚至全部停產(chǎn)，嚴(yán)重妨礙了正常生產(chǎn)的進(jìn)行。更為嚴(yán)重的是，這種起火爆炸事故頻繁地威脅該崗位員工的人身安全，使該崗位員工經(jīng)常處于提心吊膽的工作狀態(tài)，員工的離職率相當(dāng)高。毫無疑問，一次氫化是制約高純碲車間正常生產(chǎn)的瓶頸崗位。

3 生產(chǎn)故障原因及其分析

筆者認(rèn)為，一次氫化崗位之所以反應(yīng)時(shí)間過長以及頻繁地發(fā)生管式反應(yīng)器起火爆炸事故，不是由于操作、設(shè)備、基層管理等原因?qū)е碌?，而是由于一次氫化崗位工藝設(shè)計(jì)存在缺陷所致。

一次氫化的工藝流程是，比高純碲（Te-05）純度低的原料Te中的雜質(zhì)Se與H2在管式反應(yīng)器中反應(yīng)后，生成的SeH2氣體由抽風(fēng)機(jī)抽走。筆者認(rèn)為，采用抽風(fēng)機(jī)抽走SeH2氣體是該崗位工藝流程設(shè)計(jì)中的明顯缺陷，必須進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

一次氫化崗位工藝流程的設(shè)計(jì)中，設(shè)置抽風(fēng)機(jī)的目的是用于抽走一次氫化所生成的SeH2氣體，但是抽風(fēng)機(jī)除了能抽走SeH2氣體外，還能將氫氣鋼瓶輸送至管式反應(yīng)器中的大部分H2抽走，這樣會(huì)導(dǎo)致如下后果：

（1）H2在管式反應(yīng)器中停留時(shí)間大大縮短，與雜質(zhì)Se不能充分反應(yīng)，工藝指標(biāo)上表現(xiàn)為反應(yīng)時(shí)間過長。

（2）相當(dāng)多的H2被抽風(fēng)機(jī)抽走后排空，既造成了H2的消耗增加，更使H2在尾氣排放口處濃度較高，存在嚴(yán)重的安全隱患。

（3）管式反應(yīng)器存在物料口，物料口是供一次氫化時(shí)原料加入和反應(yīng)后物料取出的，反應(yīng)過程中用橡皮管帽套在物料口處，以防空氣吸入。與設(shè)備、管線的焊接、法蘭連接形式相比，橡皮管帽套在物料口處的氣密性是較差的，在抽風(fēng)機(jī)抽氣過程中，容易從管式反應(yīng)器物料口處抽入空氣，抽入的空氣在管式反應(yīng)器中與氫氣形成混合氣體。由于氫氣-空氣混合氣爆炸范圍較寬，一旦混合氣在管式反應(yīng)器中達(dá)到爆炸極限（含H29.5%～65%，體積百分?jǐn)?shù)），在高溫作用下（350～440℃的反應(yīng)溫度，電加熱）必然發(fā)生起火爆炸事故。

4 對(duì)降低H2流量及增加一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)能減少一次氫化起火爆炸事故頻率的分析與評(píng)價(jià)

為了避免高純碲車間一次氫化崗位發(fā)生起火爆炸事故，目前采取的措施是降低一次氫化的H2流量并增加一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，單臺(tái)管式反應(yīng)器H2流量由原來的 7～8L·min-1降至 3～4L·min-1，抽風(fēng)機(jī)由原來的一臺(tái)增加至兩臺(tái)。增加一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)能使抽入管式反應(yīng)器中的空氣量增加，降低H2流量能使管式反應(yīng)器中H2量減少，這樣管式反應(yīng)器中氫氣-空氣混合氣中H2被稀釋，混合氣的濃度往往低于爆炸下限濃度（含H29.5%，體積濃度），從而能有效減少一次氫化起火爆炸事故的頻率。從工藝上分析，目前采取的這種措施依然具有局限性，具體體現(xiàn)在：

（1）由于管式反應(yīng)器中H2被空氣稀釋，會(huì)使一次氫化反應(yīng)速率降低，反應(yīng)時(shí)間更長，會(huì)制約高純碲的產(chǎn)量。當(dāng)然，為了提高高純碲的產(chǎn)量，可以增加管式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)，但這樣會(huì)使高純碲生產(chǎn)的投資費(fèi)用、人工工資費(fèi)用、設(shè)備折舊費(fèi)用、維修費(fèi)用增加，反映在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上體現(xiàn)為高純碲的生產(chǎn)成本增加，亦會(huì)使管理難度增加。

（2）降低一次氫化的H2流量并增加一臺(tái)抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)并不能完全避免一次氫化崗位起火爆炸事故的發(fā)生。當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，比如H2壓力與流量的波動(dòng)、管式反應(yīng)器運(yùn)行臺(tái)數(shù)的變化、抽風(fēng)機(jī)發(fā)生故障（如跳閘）、突然性的停電等，都會(huì)使管式反應(yīng)器起火爆炸的可能性大大增加。

5 工藝改進(jìn)措施

筆者認(rèn)為，工藝上最根本的改進(jìn)措施是，拆除一次氫化崗位的抽風(fēng)機(jī)，改為讓SeH2氣體通過液封裝置稍帶正壓排放，而不是在抽風(fēng)條件下呈負(fù)壓排放。因?yàn)镾eH2氣體比空氣重（分子量為80.98，大于空氣的平均分子量29.0）、有毒、呈弱酸性、溶于水，所以液封裝置中應(yīng)盛裝稀NaOH溶液對(duì)SeH2氣體進(jìn)行化學(xué)吸收，殘余H2從液封裝置上帶阻火器的排氣管排空。液封裝置上進(jìn)氣管插入稀NaOH溶液中的深度要根據(jù)石英玻璃管反應(yīng)器的耐壓程度進(jìn)行工藝計(jì)算，以保證管式反應(yīng)器中反應(yīng)壓力以3～5kPa（表壓）為宜。

6 實(shí)施步驟

為使該技改項(xiàng)目穩(wěn)妥進(jìn)行，應(yīng)采取如下實(shí)施步驟：

（1）從高純碲車間一次氫化崗位上多臺(tái)石英玻璃管反應(yīng)器中單獨(dú)拿出一至兩臺(tái)進(jìn)行工藝改進(jìn)施工，新增加的設(shè)備、管線采用PVC材質(zhì)。

（2）由車間生產(chǎn)骨干對(duì)改造后的管式反應(yīng)器進(jìn)行操作，詳細(xì)記錄工藝參數(shù)與現(xiàn)象，工藝技術(shù)人員現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)，時(shí)間兩個(gè)星期。

（3）收集一次氫化崗位兩個(gè)星期中的原始記錄，對(duì)實(shí)施工藝改進(jìn)和未實(shí)施工藝改進(jìn)的工藝技術(shù)參數(shù)、安全性能進(jìn)行對(duì)比、分析、總結(jié)。

（4）將一次氫化崗位其余管式反應(yīng)器全部進(jìn)行工藝改進(jìn)施工，時(shí)間控制在一至兩天。

（5）一次氫化開車后工藝技術(shù)人員現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)，并進(jìn)行崗位員工的技術(shù)培訓(xùn)，時(shí)間一個(gè)月。

（6）資料、原始記錄收集整理，撰寫技術(shù)總結(jié)報(bào)告，召開技改總結(jié)會(huì)議。

7 配套整改措施

配套整改措施的重點(diǎn)是：保持設(shè)備、管線的氣密性；將高純碲車間一次氫化崗位廠房由封閉式廠房改為框架式廠房；將門禁系統(tǒng)（用于員工刷卡考核）改為向外開的門；H2濃度報(bào)警儀請(qǐng)儀表生產(chǎn)廠家每年進(jìn)行一次定期檢測、校核。

實(shí)施工藝改造后，管式反應(yīng)器稍帶正壓，當(dāng)H2萬一泄漏時(shí)，以上配套整改措施能保證該崗位的安全生產(chǎn)。

8 對(duì)企業(yè)技術(shù)保密制度的思考

任何一家企業(yè)對(duì)技術(shù)保密都是很重視的，都具有一套嚴(yán)密的技術(shù)保密制度。該制度可以最大限度地維護(hù)企業(yè)權(quán)益，確保股東利益，使企業(yè)在市場競爭中不斷發(fā)展、壯大，但辯證地看，企業(yè)技術(shù)保密制度過嚴(yán)也可能使企業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)各成員之間的交流、協(xié)作受到制約，使企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造和員工培訓(xùn)受到束縛，這是值得企業(yè)股東和高管深思的。