化工行業(yè)安全設施設計在稀土萃取中的應用

董艷芳++臧瑋++李春燕

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.077

摘 要：該文通過介紹稀土萃取生產過程中，有機相與煤油的危險特性、萃取過程中物料儲存運輸情況等，對萃取過程安全事故進行了分析，依照化工行業(yè)相關規(guī)范，對萃取車間物料儲存加強防護措施，并對生產過程所需安全防護設施、消防設施等措施進行描述，要求生產過程嚴格按照國家行業(yè)規(guī)范提高企業(yè)自動化水平，提高人員安全操作意識等。

關鍵詞：有機相 萃取槽 建筑防火 消防

中圖分類號：O614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0077-02

我國稀土資源豐富，儲量居世界之首，目前稀土儲量占世界總儲量達到全世界59.3%。目前濕法稀土生產工藝作為較成熟工藝被廣泛應用，具體稀土生產過程包括以下幾部分：稀土礦經選礦進行富集，得到稀土精礦；對精礦進行焙燒、水浸，得到混合稀土料液；混合氯化稀土作為萃取原料進入萃取階段，分離為各稀土元素；對于單一稀土溶液進行后處理，生產市場所需要單一稀土產品；其中萃取分離工藝生產火災危險性最高，其他工段均為丁戊類生產類別。該文就化工行業(yè)生產中一些成熟可取之處借鑒于稀土行業(yè)安全設計中。該文分別從危險化學品理化性質、設備設施、廠房建筑結構以及消防方面對稀土生產中就火災危險性因素與對策做了簡要分析。

1 危險因素分析及相應措施

1.1 危險化學品理化性質分析

目前，較成熟的萃取工藝，目前廣泛采用的P507-煤油萃取分離工藝中，按體積比1∶1混合有機相萃取劑（P507）與稀釋劑（磺化煤油）。P507為閃點183 ℃～196 ℃的可燃液體，火災危險性：丙類。煤油（閃點為37 ℃～73 ℃）屬于第3.3類易燃液體，閃點大于等于28 ℃小于60 ℃的液體為乙類，其蒸汽能與空氣形成爆炸性混合物，遇高熱、明火、氧化劑有燃燒的危險。

萃取生產中使用大量有機等乙類可燃液體，分別分布在萃取槽和罐區(qū)進行存儲，雖然萃取車間內高位罐屬于存儲狀態(tài)，但它們既不作為生產原料，也不是成品，而是作為萃取的分離介質。對于萃取生產的安全管理，除依照《建筑防火規(guī)范》外，沒有其他對應行業(yè)規(guī)范進行約束，因其危險性與石油產品相同，故需按照化工行業(yè)相應設施進行設計。

1.2 工藝設備危險因素分析及措施

萃取工藝同化工行業(yè)生產過程中一樣，需設置工藝裝置區(qū)或罐區(qū)等處，有存留易燃性氣體、蒸汽和發(fā)生泄漏的危險，附近如果有火源，存在能夠引燃、引爆的能量，則很容易發(fā)生著火、爆炸的危險，所以，特別需要辨識并分析安全設計生產裝置運行中所有可能產生的引燃、引爆能量，以防止發(fā)生災害。

萃取槽中液體與槽壁、液體與管道壁、萃取槽與攪拌機械的撞擊摩擦引燃產生靜電，且并未做好相應的接地措施，引爆能量造成火災事故發(fā)生；若存在萃取車間由于工藝布置不完善問題，不僅造成萃取槽數組相連，與高位罐區(qū)儲罐間距過小，且均未設置圍堰等事故防護設施，或未設防火分區(qū)墻體為隔油設置，這樣使火災未控制在較小范圍。

1.3 輔助設施分析及措施

按照化工行業(yè)電氣專業(yè)相關設計規(guī)范，根據易燃性氣體、蒸汽或粉塵存留的危險性將危險場所分類。根據危險場所的種類來選擇適合氣體、蒸汽或粉塵種類的防爆電氣設備；在萃取車間存放或生產過程有有機存在的場所，包括萃取槽附近以及有機高位儲槽附近，都彌漫大量易燃蒸汽，由于易燃蒸汽與空氣混合，達到爆炸濃度范圍時，遇火源就會發(fā)生爆炸。

根據以往的化工廠火災案例統(tǒng)計資料，爆炸危險性場所的電氣設備不防爆或防爆選型不合理造成的火災爆炸事故屢見不鮮，所以，必須將電氣防爆安全作為安全防護設計的重要內容來對待。根據《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》，萃取車間爆炸危險區(qū)分屬于爆炸性氣體環(huán)境危險區(qū)域，根據萃取車間生產制度，正常運行時，車間內為可能出現爆炸性氣體混合物的環(huán)境，首先，萃取車間電氣防爆設施按照1區(qū)進行設計，1區(qū)常用防爆電氣防護形式的為隔爆型、增安型等；其次，防爆區(qū)域內電氣線路主要采用本質安全系統(tǒng)電路。

萃取生產過程中，發(fā)生的靜電同樣會引起火災事故。靜電是工藝操作運轉時產生的，易燃液體在工藝管道管中流動時，由于與管道、管件摩擦而產生的靜電，由液體本身運輸靜電電荷而產生流動電流，液體本身的電阻越大產生的靜電越多。

參考化工行業(yè)中，在進行工藝管道配置時，需注意下列部位接地處理：裝在設備內部而通常從外部不能進行檢查的導體，例如：萃取攪拌裝置會產生靜電；裝在絕緣物體上的金屬附件，如塑料管道上的金屬閥門，靜電導體應采用金屬導體進行直接靜電接地。

1.4 萃取車間建筑危險因素辨識及防護措施

在萃取生產工段中，有機相作為稀土元素輸送介質在儲區(qū)與萃取槽之間流動，鋪設于整個廠房內，依據《建筑設計防火規(guī)范》第3.1.1條規(guī)定，稀土萃取生產車間火災危險性為乙類，并根據此結論進行相關建筑防火設計。

建筑防火分區(qū)，萃取車間建筑物應采用耐火性較好的分隔構件，將萃取車間分隔成若干防火區(qū)域，若某一區(qū)域起火，則會把火災控制在其中一分區(qū)之中，將火勢控制在最小范圍，廠房耐火等級應采用一、二級，乙類建筑要求防火分區(qū)墻上采用滿足耐火極限要求的防火隔墻。

《建筑設計防火規(guī)范》對萃取車間（乙類單層生產廠房）每個防火分區(qū)最大允許建筑面積設有要求，應嚴格控制防火分區(qū)面積進行劃分：若萃取車間耐火等級為一級，車間應小于5 000 m2；若萃取車間建筑耐火等級為二級，建筑不應大于4 000 m2。

為適應生產發(fā)展需要建設大面積廠房和一定的連續(xù)生產工藝時，防火分區(qū)有事采用防火墻分隔比較困難，因而對一、二級耐火等級乙類單層廠房也可采用防火水幕設施、防火卷簾門等作為防火分區(qū)間分隔物。采用防火卷簾，要求耐火極限不應低于3.00 h，若采取自動噴水滅火、防火分隔水幕的設計，均應符合《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》。

對于已進行完善防火分區(qū)的車間，還需要注意以下情況：萃取車間存在管道系統(tǒng)、電控電纜的連通情況，故各個防火分區(qū)墻體上留有很多孔洞，這些孔洞若沒有封堵或封堵不嚴密，在發(fā)生火災后，PVC材質工藝管道會軟化燒毀，從而經孔洞蔓延造成火災蔓延；有些廠房為清洗方便，設置污水溝相連，也會導致火勢蔓延。

萃取車間結構設計，目前，稀土萃取車間廠房均為排架組合結構，一般采用預制混凝土大型屋面板，排架柱有鋼筋混凝土結構、鋼柱兩種。但是有些企業(yè)采用鋼柱及彩鋼板圍墻結構，萃取槽設置在鋼架基礎上，鋼結構存在因未涂刷防火涂料等造成未達到耐火等級問題，致使車間結構在火災蔓延后很短時間內即垮塌。

有爆炸危險的廠房或廠房內有爆炸危險的部位應設置泄壓設施。萃取車間泄壓設施一般采用輕質屋面板和易于泄壓的門、窗等，還可考慮利用安全玻璃等在爆炸時不產生尖銳碎片的建筑材料。

2 消防措施

目前，一般稀土生產企業(yè)僅在萃取車間設有干粉滅火器或消火栓系統(tǒng)，一旦發(fā)生火災，火勢迅速蔓延，沒有儲存的泡沫滅火劑，給滅火帶來很大困難，且現場工作人員未經專業(yè)訓練，缺乏火災處置經驗，造成錯過撲滅火災最佳時機。

故根據《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》第8.7.1條中描述，在萃取車間這種可能發(fā)生可燃液體火災的場所應采用低倍數泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)是利用泡沫比可燃液體密度小的原理，使泡沫覆蓋于有機溶劑表面起到隔絕空氣的作用，并迅速將火熄滅，根據規(guī)范萃取車間內部有機儲存情況，無需設置固定式泡沫滅火系統(tǒng)，故采用半固定式泡沫滅火系統(tǒng)，主要包括固定泡沫發(fā)生裝置、泡沫消防車（或機動泵），并由水帶連接組成的泡沫滅火系統(tǒng)。

3 結語

萃取車間從工藝布置到消防系統(tǒng)設置，均按照火災危險等級為乙類進行劃分，對策措施進行相應的設計，萃取車間與石油化工企業(yè)相似，車間處于爆炸危險環(huán)境內，并需進行相應電氣防爆設計。

作為稀土生產過程中危險等級最嚴重的工序，萃取車間存在大量易燃液體，其蒸汽由能與空氣形成爆炸性混合物，容易對周邊其他車間造成火災事故威脅。因此，稀土生產企業(yè)需要慎重對待生產過程的安全管理工作，建立健全安全生產責任制和安全生產管理制度。

參考文獻

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