新能源材料工藝流程的安全研究

李江偉

摘 要：隨著不可再生能源的消耗，新能源應(yīng)運(yùn)而生。新能源材料中的環(huán)氧樹(shù)脂因其良好的加工性、低收縮率等特性得到了廣泛的應(yīng)用。本文研究其在生產(chǎn)工藝流程過(guò)程中的安全環(huán)保和工藝的流程改進(jìn)，投入使用后無(wú)重大安全事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂；工藝流程；環(huán)保

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.033

0 引言

不可再生能源是一種消耗資源，一旦枯竭了就不能再生。我國(guó)雖地域遼闊，資源豐富，但人口基數(shù)大，能源消耗大，因此目前已引起了部分資源的緊缺，例如汽油。同時(shí)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)展不均衡導(dǎo)致各地的科技水平差異較大，資源的整體利用率不高導(dǎo)致的資源大量浪費(fèi)。因此對(duì)于新能源材料的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)已迫在眉睫。

新能源材料中的環(huán)氧樹(shù)脂因其良好的加工性、低收縮率等特性在工業(yè)社會(huì)中獲得了廣泛的應(yīng)用，主要致力于風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車(chē)行業(yè)等。其傳統(tǒng)工藝流程如下。工藝主要分為進(jìn)料、循環(huán)攪拌、出料三個(gè)階段，在工藝流程中通常將生產(chǎn)設(shè)備直接放置在地面上，且為了操作方便，常將三個(gè)階段中的軟件、硬件分開(kāi)進(jìn)行操作。這種完全獨(dú)立的操作方式會(huì)導(dǎo)致設(shè)備多且雜亂，地面鋪設(shè)的管道復(fù)雜，因釜體的稱(chēng)重計(jì)量主要依靠釜底的稱(chēng)重感應(yīng)器，設(shè)計(jì)將釜體落到地面上，這會(huì)給工作人員造成很大不便，經(jīng)常發(fā)生燙傷、絆倒等安全事故。為了解決環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中安全故事故問(wèn)題，本文提出將泵體管道進(jìn)行共享，并將管道設(shè)計(jì)為立體式布置，使其直立在車(chē)間中；同時(shí)將釜體以及大部分設(shè)備都抬升至3米后，0米地面留出了足夠多的操作空間，極大的提高了操作安全性。

1 環(huán)氧樹(shù)脂

1.1 環(huán)氧樹(shù)脂的定義

環(huán)氧樹(shù)脂是一種新能源材料的化學(xué)聚合物，通常分子中包含兩個(gè)或以上的環(huán)氧基團(tuán)。環(huán)氧基化學(xué)反應(yīng)活躍，可通過(guò)多種方式熱開(kāi)環(huán)，是一種熱固定樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂的產(chǎn)量高，品種多，能夠很快的投入使用，因此是一種非常適合大規(guī)模生產(chǎn)的新能源材料。我國(guó)從1958年就研究環(huán)氧樹(shù)脂，并迅速在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用，且各種新的類(lèi)型的環(huán)氧樹(shù)脂逐漸被研究出來(lái)。

1.2 環(huán)氧樹(shù)脂的特性

環(huán)氧樹(shù)脂具有活潑的化學(xué)特性和穩(wěn)定的物理特性，因此具有多樣化的特性：

（1）形式多樣化：各種形式的樹(shù)脂、固化劑等都能基本滿(mǎn)足要

求，其可以從極低的粘度到高熔點(diǎn)固體都兼容。

（2）收縮性低：環(huán)氧樹(shù)脂混合固化劑是直接化學(xué)反應(yīng)開(kāi)環(huán)聚合，無(wú)其它的有害物質(zhì)生成，與其它類(lèi)型的樹(shù)脂相比，有較低的收縮性（<2%）。

（3）化學(xué)穩(wěn)定性：環(huán)氧樹(shù)脂體系在耐酸堿度、溶劑等都具有非常好的優(yōu)勢(shì)，因此具有相對(duì)應(yīng)的化學(xué)穩(wěn)定性。

（4）電性能：環(huán)氧樹(shù)脂體系的材質(zhì)都是耐漏電、靜電等的絕緣

體。

2 新能源材工藝流程

2.1 項(xiàng)目目標(biāo)

公司在2015年計(jì)劃新建環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)線，主要生產(chǎn)混配環(huán)氧樹(shù)脂、混配固化劑兩種主要產(chǎn)品，在建成后將致力于應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電及新能源汽車(chē)行業(yè)，

這兩個(gè)行業(yè)在國(guó)內(nèi)起步都比較晚，具有很好的發(fā)展空間。

本項(xiàng)目計(jì)劃年生產(chǎn)混配環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑共計(jì)5萬(wàn)噸，產(chǎn)品由下游企業(yè)直接用作風(fēng)電葉片的真空灌注或者涂覆，如表1所示，主要原輔料名稱(chēng)及年需求量如表2所示。

2.2 傳統(tǒng)的新能源工藝流程

具體的傳統(tǒng)工藝流程主要分為進(jìn)料、循環(huán)攪拌、出料三個(gè)階段，如圖1所示。本項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝主要是物理混配生產(chǎn)，主要步驟是：

（1）采用輸送泵將槽車(chē)或噸桶中的原料（液體環(huán)氧樹(shù)脂或固化劑）抽取到車(chē)間的密封釜體內(nèi)；

（2）在釜內(nèi)經(jīng)過(guò)攪拌電機(jī)60-90min的攪拌；

（3）經(jīng)質(zhì)檢部檢測(cè)合格后，從自動(dòng)灌裝系統(tǒng)里灌裝出來(lái)。

但原有設(shè)計(jì)通常把所有設(shè)備放置在0m地面上，釜體的稱(chēng)重計(jì)量主要依靠釜底的稱(chēng)重感應(yīng)器，且為了操作方便，常把這三個(gè)階段的軟件和硬件全部獨(dú)立開(kāi)來(lái)。這樣的設(shè)計(jì)，造成地面設(shè)備多而雜亂，管道平鋪在地上，釜體落到地面上，員工在清理地面、取樣等操作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)燙傷、絆倒、碰擦的安全事故。

2.3 新能源材料工藝流程改進(jìn)

為了解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了新的工藝流程以解決上述安全問(wèn)題。經(jīng)過(guò)反復(fù)的優(yōu)化，最后我們形成了下方的新工藝流程。使用該設(shè)計(jì)，泵體從三個(gè)減為一個(gè)，大部分管道可以實(shí)現(xiàn)共享共用，管道采用立體式布置，不會(huì)平鋪在地而造成絆倒現(xiàn)象。釜體以及大部分設(shè)備都抬升至3米后，0米地面留出了足夠多的操作空間，極大的提高了操作安全性，如圖2所示。

如果要實(shí)現(xiàn)新工藝流程，也會(huì)帶來(lái)幾個(gè)新的安全問(wèn)題。

（1）管道共享后硬件劃分沒(méi)那么清晰，員工可能會(huì)使用錯(cuò)誤，工藝安全性無(wú)法完全保證。我們決定從軟件系統(tǒng)上彌補(bǔ)硬件的問(wèn)題，即將進(jìn)料、循環(huán)攪拌、出料三個(gè)階段在軟件系統(tǒng)里明確劃分出來(lái)，在各個(gè)管道節(jié)點(diǎn)上設(shè)置三通氣動(dòng)電磁閥。每個(gè)電磁閥上都有一個(gè)點(diǎn)位。三個(gè)階段中，哪些閥門(mén)需要開(kāi)、關(guān)，在系統(tǒng)中設(shè)置清楚，員工只需要確認(rèn)生產(chǎn)階段，按鍵后系統(tǒng)自動(dòng)操作，從本質(zhì)安全上保證了工藝的安全。

（2）泵體及釜體抬升至3m后，使用過(guò)程中因?yàn)槠渲亓慷技茉阡摻Y(jié)構(gòu)上，且攪拌時(shí)會(huì)有震動(dòng)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)有結(jié)構(gòu)安全和設(shè)備使用泄漏安全的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題最重要的就是減震、緩震的設(shè)計(jì)。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)，對(duì)于泵體的抖動(dòng)，我們進(jìn)行了單獨(dú)平臺(tái)設(shè)計(jì)。將泵體與周邊設(shè)備的鋼平臺(tái)區(qū)域進(jìn)行了切割操作，從地面升立柱進(jìn)行支撐。這樣確保了整個(gè)平臺(tái)不會(huì)產(chǎn)生共振等問(wèn)題，保證了結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)平臺(tái)設(shè)備，例如，流量計(jì)設(shè)備，我們選擇可直接測(cè)量介質(zhì)的密度和流量的質(zhì)量流量計(jì)，無(wú)需任何壓力、溫度補(bǔ)償，通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡的方式精密計(jì)算，保證其使用功能不受影響，在此基礎(chǔ)上，前后加裝了金屬軟管等柔性連接，同時(shí)，在三通管道處加裝了止回閥，防止液體倒流，最終在實(shí)際運(yùn)行中，保證了設(shè)備及管道無(wú)泄漏現(xiàn)象。

3 新能源材料工藝流程的環(huán)保研究

新能源材料的重點(diǎn)就是可再生、高效、無(wú)污染，因此在新能源的生產(chǎn)過(guò)程中，需要特別重視工藝流程中的污染物的排放和回收利用。本項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝及污染物產(chǎn)生處理流程圖3如下：

本項(xiàng)目生產(chǎn)設(shè)備為密閉的自動(dòng)工藝。所用原料基本分為兩類(lèi)：一是全密封的不銹鋼槽車(chē)罐應(yīng)我司要求，當(dāng)天送料卸料；二是為密封的噸桶包裝，內(nèi)部為硬質(zhì)塑料內(nèi)膽，外部包覆不銹鋼圍箍。原料基本不存在泄漏和廢氣產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。原料接好管好，員工控制氣動(dòng)按鈕，在輸送泵的作用下，原料通過(guò)密封管道進(jìn)入混合釜體內(nèi)。混合釜體為全密封不銹鋼結(jié)構(gòu)，在其頂部安裝有呼吸閥和吸氣罩。當(dāng)內(nèi)部因輸料過(guò)程帶來(lái)氣體，釜體內(nèi)外形成壓差后，呼吸閥打開(kāi)，氣體通過(guò)吸氣罩和專(zhuān)用密封管道輸送到活性炭和排煙煙囪?；旌贤戤吅螅善窂母w底部的自動(dòng)管裝系統(tǒng)輸送到成品包裝噸桶內(nèi)，該系統(tǒng)同樣是密閉的，無(wú)氣體散逸。

建設(shè)單位從技術(shù)上對(duì)所有關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、轉(zhuǎn)速、壓力等都設(shè)置了PLC監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，出現(xiàn)意外能立即停機(jī)，防止環(huán)保事故的發(fā)生。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)放置了化學(xué)品應(yīng)急處理箱、防泄漏專(zhuān)用收集桶等裝置，能在萬(wàn)一產(chǎn)生泄漏時(shí)及時(shí)處理，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。

加料過(guò)程產(chǎn)生的揮發(fā)氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計(jì)））可能會(huì)有逸散，在各個(gè)可能發(fā)生散逸的工位設(shè)置吸氣臂，共設(shè)置10個(gè)吸氣臂（每個(gè)釜1個(gè)），每個(gè)的風(fēng)量約為400m3/h，總風(fēng)量為4000m3/h，則揮發(fā)氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計(jì)））的產(chǎn)生濃度約為5.1mg/m3；揮發(fā)氣體經(jīng)吸氣臂收集后經(jīng)過(guò)活性炭集中吸附處理，處理效率按90%計(jì)算，排放濃度為約為0.51mg/m3。處理后的揮發(fā)氣體G1（臭氣濃度和VOCs（以NMHC計(jì)））通過(guò)房頂15m高排氣筒E1（位于廠房的東北角）排放。活性炭對(duì)有機(jī)廢氣的飽和吸附量按照約125g/kg活性炭，則本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢活性炭約為293.4kg/a。建設(shè)單位應(yīng)定期和及時(shí)更換活性炭，建議建設(shè)單位對(duì)活性炭的有效性進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，以確保其有效性。

本項(xiàng)目在正常生產(chǎn)條件下不涉及清洗工藝，無(wú)工藝廢水產(chǎn)生，主要廢水為生活污水，員工排放的生活污水約225t/a（按30L/人·日）計(jì)算，主要污染物為COD、SS、氨氮。生活污水排入園區(qū)市政管網(wǎng)，經(jīng)園區(qū)預(yù)處理之后接入市政管網(wǎng)。生活污水排入園區(qū)市政管網(wǎng)，經(jīng)預(yù)處理后之后接入市政管網(wǎng)，最終進(jìn)入污水處理廠經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后外排，不會(huì)對(duì)周?chē)乇硭斐晌廴尽?/p>

本項(xiàng)目產(chǎn)生的固體廢物分為生活垃圾、一般固廢以及危險(xiǎn)固廢。生活垃圾收集后由環(huán)衛(wèi)部門(mén)定期統(tǒng)一清運(yùn)處置；一般固廢主要為包裝袋等固體廢物和損耗粉料，集中收集后定期委外統(tǒng)一清運(yùn)處置；危險(xiǎn)固廢主要包括一次性手套、擦拭紙（HW49），樹(shù)脂類(lèi)殘?jiān)盀V網(wǎng)（HW13），以及實(shí)驗(yàn)室溶劑類(lèi)廢物和器皿清洗廢水（HW06）；廢活性炭（HW09）產(chǎn)生量約0.3t/a，已由建設(shè)單位委托有相應(yīng)處理資質(zhì)的處理單位處置。

同時(shí)針對(duì)項(xiàng)目可能發(fā)生的突發(fā)事故，也建立了環(huán)保事故應(yīng)急預(yù)案，預(yù)案中明確了應(yīng)急響應(yīng)程序，并成立了應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)，明確了組成人員的職責(zé)劃分。目前有兼職的環(huán)保、健康、安全工程師一名，在未來(lái)逐步加大投產(chǎn)后，會(huì)建立專(zhuān)門(mén)的環(huán)境管理職能部門(mén)，配備專(zhuān)職環(huán)境安全健康管理人員，負(fù)責(zé)本項(xiàng)目的日常環(huán)境管理和對(duì)污染源的監(jiān)控，同時(shí)配合地區(qū)環(huán)保部門(mén)做好監(jiān)測(cè)抽查工作，配合當(dāng)?shù)叵馈脖?、醫(yī)療等相關(guān)部門(mén)制定事故應(yīng)急措施和方案。

4 結(jié)論

隨著不可再生能源的消耗，研究者們都逐漸尋找一種代替不可再生能源的新能源材料。新能源材料環(huán)氧樹(shù)脂因穩(wěn)定的化學(xué)特性、低收縮率等特性受到了廣泛的應(yīng)用和推廣。在環(huán)氧樹(shù)脂工藝流程的安全研究中，主要考慮的是工藝流程中的環(huán)保工作和工藝流程的改進(jìn)。

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