鋰錠澆鑄及油煉鍋用油優(yōu)化控制研究

張旭瓊

摘 要 燃油具有易燃性、易受熱膨脹性、易揮發(fā)、易擴散、易流淌性、易爆性，易產(chǎn)生靜電；對于兩種完全互溶的可燃性液體組成的混合液，其閃點一般都低于各組分閃點的算術(shù)平均值。閃點越低的可燃性液體，揮發(fā)性越高，越容易著火，安全性較差。經(jīng)過對生產(chǎn)現(xiàn)狀分析，確定電解、精煉和蒸餾工序中所用油的優(yōu)化方案：電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油、精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)全部采用100#特種白油，提高安全效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞 鋰錠澆鑄；擴散泵油；白油；優(yōu)化控制

中圖分類號 O646 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0237-02

電解工序是從氯化鋰等熔融電解質(zhì)電解出金屬鋰目標產(chǎn)物，電解產(chǎn)出的金屬鋰轉(zhuǎn)入盛有擴散泵油的鑄模內(nèi)，鑄模放入裝有擴散泵油和石蠟油的油車內(nèi)，鑄成粗鋰錠，冷卻取出，稱重后供精煉使用或貯存。精煉工序是把電解制取的粗鋰和各種返料，通過計算，按產(chǎn)品化學成份質(zhì)量要求進行適當搭配，在化料罐內(nèi)進行熔化、撈渣等過程。

近幾年來，車間精煉工序的化料罐在使用時經(jīng)常出現(xiàn)爆鳴和噴料現(xiàn)象，有些職工甚至因此受到傷害。由于每年在鋰錠澆鑄和油煉鍋內(nèi)的用油量較大，且3#擴散泵油的價格較高，使得這一部分的成本居高不下。因此需要對電解、精煉和蒸餾工序中鋰錠澆鑄用油及油煉鍋用油進行優(yōu)化改進。

1 相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)難題及問題分析

生產(chǎn)線某化料罐出現(xiàn)噴料現(xiàn)象并引起著火事件，針對這一嚴重的安全隱患，車間和工段進行了現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)化料罐內(nèi)的油蒸汽大量聚集在罐內(nèi)上部空間。通過分析認為，爆鳴和噴料現(xiàn)象是由大量的油蒸汽與空氣混合后遇高熱引起的。

為了降低化料罐內(nèi)油蒸汽的濃度，車間通過對化料操作中的充氮氣過程進行細化改進，取得一定的成效。但在后續(xù)生產(chǎn)中液鋰爆鳴和噴料現(xiàn)象偶爾還是會出現(xiàn)，且生產(chǎn)成本仍然居高。為了從根本上解決問題，車間對與粗鋰錠有關(guān)的各個工序進行全面的了解和系統(tǒng)的分析，從出現(xiàn)爆鳴和噴料現(xiàn)象的源頭——粗鋰錠的澆鑄用油入手來解決這個問題。

1.1 燃油相關(guān)性質(zhì)

1）燃油的特性。易燃性，油品越輕閃點越低，著火危險性越大，白油遇明火、高熱可燃；易爆性；易揮發(fā)、易擴散、易流淌性；易產(chǎn)生靜電；易受熱膨脹性。

2）燃油閃點及其測定方法。燃油閃點是在規(guī)定結(jié)構(gòu)的容器中加熱揮發(fā)出可燃氣體與液面附近的空氣混合，達到一定濃度時可被火星點燃時的燃油溫度。一般閃點在150℃以下的輕質(zhì)油品用閉杯法測閃點，重質(zhì)潤滑油和深色石油產(chǎn)品用開杯法測閃點。同一個油品，其開口閃點較閉口閃點高20℃～30℃。

3）閃點的近似計算公式。對于兩種完全互溶的可燃性液體組成的混合液，其閃點一般都低于各組分的閃點的算術(shù)平均值?；旌弦洪W點的近似估算公式為：

T混=1/（V1/T1+V2/T2+......+Vn/Tn）。

V1——第一種油所占的體積比，Vn——第n種油所占的體積比；

T1——第一種油的閃點；Tn——第n種油的閃點。

4）油品的安全使用規(guī)定。閃點越低的可燃性液體，揮發(fā)性越高，越容易著火，安全性較差。在儲存和使用中禁止將油品加熱到它的閃點，加熱的最高溫度，一般應(yīng)低于閃點20℃～30℃；在敞口容器中，油的加熱溫度應(yīng)低于閃點10℃，以保證使用安全和減少揮發(fā)損失。

1.2 現(xiàn)狀分析

1）精煉工序化料罐內(nèi)油蒸汽的來源。精煉工序化料時，化料罐內(nèi)的油蒸汽為粗鋰錠自身所帶來的油品經(jīng)高溫后揮發(fā)出來的氣體，而粗鋰錠來自電解工序和蒸餾工序，具體情況為：

電解工序澆鑄粗鋰錠用油為3#擴散泵油與26#白油的混合油，26#白油的實測閉口閃點為165℃，3#擴散泵油的實測開口閃點為268℃，混合油的閃點約為202℃；蒸餾工序澆鑄粗鋰錠用油也為3#擴散泵油與26#白油的混合油，混合油的閃點約為200℃；精煉工序化料溫度要求為190℃～240℃，一般情況下設(shè)定為220℃。

化料罐屬于半敞口容器，理論上加熱溫度應(yīng)比油品的閃點低20℃～30℃，實際加熱溫度比混合油的閃點還高，因此不安全。

2）蒸餾工序油煉鍋。蒸餾工序油煉鍋內(nèi)用油為3#擴散泵油與26#白油的混合油，混合油的閃點約為226℃。油煉鍋的溫度控制要求為200℃～240℃，一般情況下設(shè)定為240℃。在敞口容器中，油的加熱溫度應(yīng)低于閃點10℃，油煉鍋是敞口容器，混合油的閃點應(yīng)比加熱溫度高10℃，因此不安全。

3）精煉工序油煉鍋。精煉工序油煉鍋是敞口容器，用油為3#擴散泵油，溫度控制要求為200℃～220℃，一般設(shè)定為220℃。3#擴散泵油的實測開口閃點為268℃，比控制參數(shù)高出許多，因此是安全的。

針對上述分析，要解決這個安全隱患的最簡單的方法就是將電解與蒸餾用油全部替換為3#擴散泵油。由于3#擴散泵油（90元/kg）與26#白油（12元/kg）的價格相差太多，且每年的用油量又大，這種方法就會較大幅度提高生產(chǎn)成本。

2 優(yōu)化方案的確定與實施

2.1 用油型號及比例的確定

通過表1中幾種常見型號的白油的閃點、運動粘度對比發(fā)現(xiàn)：68#白油的運動粘度與3#擴散泵油相近，但閃點較低；100#特種白油的閃點相對其他白油較高，但運動粘度高；其他油品的指標與3#擴散泵油相差較大。

根據(jù)運動粘度相近的原理進行混合，通過理論計算得出幾種常見型號的白油混合后的特性，見表2。

雖然表2中計算出來的閃點都不符合安全使用要求，但從現(xiàn)狀分析中可以看出，各種油品的實測閃點都高于理論計算值，因此混合后的閃點也要高于表中計算值。通過綜合對比，從表中可以看出，32#白油與100#特種白油按1：1混合是相對較優(yōu)的選擇。且經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)32#白油與100#特種白油的實測開口閃點分別為217℃和245℃，按1：1混合后的閃點為230℃，雖然比3#擴散泵油的閃點低，但在實際生產(chǎn)中，只要限定實際設(shè)定溫度，這個閃點就可以滿足安全使用要求。因此，最后決定電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油，精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)采用100#特種白油。

2.2 實控溫度的確定

混合油的閃點為230℃，化料罐屬于半敞口容器，實際加熱溫度應(yīng)比混合油閃點低20℃，因此設(shè)定在 190℃～210℃之間。

蒸餾工序的油煉鍋用油為100#特種白油，其閃點為245℃，油煉鍋屬于敞口容器，實際加熱溫度應(yīng)比混合油的閃點低10℃，根據(jù)實際情況需要，要求加熱溫度設(shè)定在200℃～230℃。

精煉工序的油煉鍋用油為100#特種白油，其閃點為245℃，油煉鍋屬于敞口容器，實際加熱溫度應(yīng)比混合油的閃點低10℃，根據(jù)實際情況需要，要求加熱溫度設(shè)定在200℃～220℃。

3 優(yōu)化結(jié)果分析

3.1 安全效益

車間根據(jù)前面確定的優(yōu)化方案制定出新的《關(guān)于電解、精煉和蒸餾三個工序的用油規(guī)定》細則，并應(yīng)用于生產(chǎn)中后，取得以下成果：

1）金屬鋰的一次投檢合格率沒有因為改變用油帶來負面影響。

2）截止目前，沒有發(fā)生過液鋰爆鳴和噴料現(xiàn)象，安全隱患得到解決，生產(chǎn)安全系數(shù)得到提高。

3.2 經(jīng)濟效益

1）電解工序經(jīng)濟效益。改進前電解工序每噸電解粗鋰所需油品費用為949.26元，改進后生產(chǎn)每噸粗鋰所需費用為508.01元。按年度生產(chǎn)精鋰需要粗鋰500t，除去庫存需要生產(chǎn)粗鋰400t來計算，改進后可節(jié)約176 500元。

2）蒸餾工序經(jīng)濟效益。（1）按蒸餾工序生產(chǎn)345t粗鋰計算，其中約25%進行了返包，返包時需對鋰錠刷3#擴散泵油，平均每噸返包料需用油4kg，約需360元；改進后，返包時改用100#特種白油，共4×12.5=50元，每噸比改進前節(jié)約310元。

（2）改進前平均每天需要3#擴散泵油與26#白油費用分別為98 550元和13 140元，共111 690元；改進后，油煉鍋內(nèi)全部改用100#特種白油，全年需花費2 190×12.5=27 375元，全年比改進前節(jié)約84 315元。

（3）澆鑄鋰錠平均每噸用油分別為3.63kg和36.29kg，共762.18元；改進后，澆鑄用油改為混合油，平均每噸需使用39.92kg，共489.02元，每噸比改進前節(jié)約273.16元。

按蒸餾300t粗鋰計算，全年可節(jié)約：

300×25%×310+84315+300×273.16=189 513元。

3）精煉工序經(jīng)濟效益。改進前精煉工序全年需加油2 190kg（全部為3#擴散泵油），需花費2190×90=197 100元。改進后油煉鍋內(nèi)全部改用100#特種白油，每年需花費2190×12.5=27 375元，比改進前節(jié)約169 725元。

4）電解、蒸餾、精煉工序經(jīng)濟效益合計。全年共可節(jié)約176 500+189 513+169 725= 535 738元。

由此可見，油品的更換使得車間生產(chǎn)成本大大降低。

4 結(jié)論

通過了解燃油及閃點的性質(zhì)特點，對生產(chǎn)現(xiàn)狀進行分析后，確定電解、精煉和蒸餾工序中所用油的優(yōu)化方案：電解與蒸餾工序中的鋰錠澆鑄用油采用100#特種白油與32#白油按1：1混合的混合油、精煉與蒸餾工序的油煉鍋內(nèi)全部采用100#特種白油。該方案的實施不僅使車間生產(chǎn)安全隱患可以得到解決，更大大降低了生產(chǎn)成本。

參考文獻

[1]胡園園，王志榮，黃天一.多組分可燃液體閃電的實驗研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36（5）：57-59.

[2]張明富，左明.3#擴散泵油拔頭油生產(chǎn)100#真空泵油[J].潤滑油，2008，23（1）：21-24.

[3]柯偉卿，朱兵.幾種油的水解穩(wěn)定性比較[J].石油煉制與化工，1994（2）：42-43.