銅冶煉廠安全設施設計淺析

趙晉，龍燕

（中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

銅冶煉廠安全設施設計淺析

趙晉，龍燕

（中國瑞林工程技術(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、使用過程均存在著各種安全因素，銅冶煉廠的安全生產(chǎn)和勞動者的人身安全及周邊的環(huán)境安全是此類企業(yè)工程設計的重要環(huán)節(jié)。在對銅冶煉廠各工藝過程及設備的危險有害因素進行分析篩選的基礎(chǔ)上，簡要說明了現(xiàn)階段國內(nèi)大型銅冶煉廠設計采用的主要安全防范設施,為銅冶煉廠及類似企業(yè)的安全設計提供參考。

銅冶煉；安全因素；設施設計；風險防范；管理體系

0 前言

銅是重要的基礎(chǔ)工業(yè)原材料,在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中有著廣泛用途和重要影響。隨著我國在銅冶煉技術(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)模甚至已達到百萬噸,為發(fā)展地方經(jīng)濟和解決就業(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,主要危險因素有火災、爆炸、中毒等,在有色金屬冶煉領(lǐng)域具有較強的代表性,下文擬針對采用火法冶煉的銅冶煉廠的安全設施設計做一簡要分析。

1 銅冶煉廠的危險、有害因素分析

1.1 銅火法冶煉工藝過程簡述

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；銅锍進入吹煉爐得到含銅＞95%的粗銅；粗銅再進陽極爐經(jīng)氧化、還原過程得到含銅＞98%的陽極銅；陽極銅澆鑄成陽極板，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；電解過程產(chǎn)生的陽極泥采用卡爾多爐火法熔煉+濕法電解工藝回收金、銀、硒等有價金屬[3]。相應的銅冶煉廠主體工程有精礦庫、熔煉車間、制酸車間、電解車間、貴金屬回收車間、渣緩冷場和渣選礦車間，輔助工程有LNG站、氧氣站、空壓站、純水站、總降變壓站、應急柴油發(fā)電機房等。

具體的工藝流程及主要危險因素分布環(huán)節(jié)可見圖1。

圖1 銅火法冶煉過程及危險因素分布

1.2 危險化學品

以銅精礦為原料的銅火法冶煉廠使用(及產(chǎn)生)的危險化學品有十余種，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)《危險化學品名錄》(2002版),天然氣屬于易燃氣體，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)屬不燃壓縮氣體，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。上述危險物料的使用(及產(chǎn)生)環(huán)節(jié)及主要危險因素見表1。

表1 銅火法冶煉使用(及產(chǎn)生)危險因素

1.3 生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程中存在的危險、有害因素主要有火災爆炸、機械傷害、起重傷害、高處墜落、灼燙、觸電等，各生產(chǎn)設施和輔助設施存在的危險有害環(huán)節(jié)見表2。

表2 生產(chǎn)過程主要危險、有害因素

2 銅冶煉廠的安全設施設計

2.1 設計原則

針對銅火法冶煉工藝流程長，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題的特點，按照“安全第一、預防為主”的方針，首先應選擇自動化程度高、安全可靠的工藝方案和設備，提高生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全性；其次是從科學布置的角度，在滿足安全間距的前提下保證生產(chǎn)過程的順暢便捷；再次是設置必要的安全防范、應急救援設備與裝置，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)特點是數(shù)量大、蘊含的能量大(包括熱能、化學能)、有毒害性,因此選擇大型化、自動化的冶煉設備成為保障生產(chǎn)安全的重要環(huán)節(jié)。目前使用成熟的冶煉設備包括閃速熔煉爐、閃速吹煉爐、回轉(zhuǎn)式陽極爐等。以具有國際先進水平的銅冶煉“雙閃”工藝設備為例：閃速熔煉爐具有技術(shù)先進成熟可靠、精礦對爐襯的浸蝕少、可進行高富氧熔煉、爐子密閉性好，煙氣量小，SO2濃度高、煙氣處理容易，熔煉過程可以自熱，燃料適應性強、易于操作和控制、環(huán)境保護及勞動條件好、擴產(chǎn)潛能大等特點；閃速吹煉爐具有設備臺數(shù)少、占地小,煙氣量小,SO2濃度高,無低空污染,環(huán)保效果好,作業(yè)連續(xù)穩(wěn)定,自動化程度高,爐體壽命長,耐火材料消耗量低的特點。單臺閃速熔煉爐及閃速吹煉爐組成的“雙閃”系統(tǒng)可達到400 kt陰極銅/a的處理能力。

為保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定可控，大型銅冶煉廠都配置了DCS控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行集中監(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)過程參數(shù)（溫度、壓力、流量、料位、重量、成分分析、速度和電導率等）的監(jiān)視；主要機電設備運行狀態(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)的自動調(diào)節(jié)；數(shù)控設備裝置的控制管理；設備的聯(lián)鎖啟停保護等。電力設計采用雙回路供電，同時備有應急柴油發(fā)電機，確保外部電源出現(xiàn)故障時能在30 s內(nèi)自動啟動，防止停電而出現(xiàn)的各種事故[5]。鍋爐、起重機、廠內(nèi)專用車輛、壓力容器及管道等特種設備的設計、制造嚴格按國家的規(guī)定，加強檢查，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計

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置，氧氣站、總降變壓站、酸庫、LNG站、貴金屬回收車間等危險等級高的車間設單獨圍墻進行隔離。廠區(qū)的綜合管網(wǎng)采用管橋架沿道路敷設，分層布置管道，底層凈高＞5 m。對于運送危險化學品的車輛，在廠內(nèi)設有專用的路線及警示標識，以保障運輸安全[6]。

主要建筑物包括銅精礦庫、熔煉車間、電解車間、渣選礦車間等，安全等級為二級，耐火等級均為二級。鋼結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件防火按規(guī)范要求進行防火處理。根據(jù)各車間的腐蝕性質(zhì)，對不同車間、不同部位,進行不同防護處理，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)圍護材料采用彩色壓型鋼板或防腐復合板[7]。

2.4 風險防范、應急救援設施及設備設計

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

2)LNG站設備均采用露天布置，其中LNG儲罐設置在防護堤內(nèi)，氣化器和管道天然氣的調(diào)壓計量撬裝箱設置在防護堤外，整個站區(qū)用圍墻與其它設施分隔，站區(qū)內(nèi)和站區(qū)外均設有環(huán)行消防通道。按照《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》的安全配置要求，LNG站設置固定水噴淋消防，并配備完善的火焰檢測、低溫檢測、氣體泄漏檢測以及遠程攝像監(jiān)控等設施。

3)熔煉車間、LNG站等存在易燃、易爆危險物料的場所均設置可燃氣體報警器，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品的場所，設置有毒氣體探測器，并把信號引入DCS系統(tǒng)報警，車間內(nèi)設置的有毒氣體探測器與事故風機實行連鎖。

4)所有操作人員均配備勞動服、勞動鞋帽，熔煉車間還應配戴防護眼鏡、防護口罩等。行政區(qū)設倒班員工公寓、更衣洗浴中心，部分車間設廁所、洗手池和事故沖淋等安全衛(wèi)生設施。

5)各生產(chǎn)車間根據(jù)其火災危險性類別，按規(guī)范要求設置火災自動報警系統(tǒng)。消防系統(tǒng)由火災自動報警、消防聯(lián)動控制、火災警報裝置和消防專用電話組成。

3 結(jié)束語

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

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

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

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

[5]王復民.現(xiàn)代銅冶煉廠電氣設備及其發(fā)展趨勢[J].有色冶金設計與研究,1996,17(1):58-64.

[6]王川.淺談銅冶煉廠總平面布置[J].有色冶金設計與研究,2008, 29(2):15-17.

[7]張鐵流.銅冶煉中的通風、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計、環(huán)境影響評價工作。