難處理金礦或金精礦的不銹鋼反應(yīng)釜氧化工程首先要考慮生產(chǎn)安全。為了不銹鋼反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全性,必須了解不銹鋼反應(yīng)釜安全的危害因素,并制定防止事故發(fā)生的預(yù)防措施和避免發(fā)生事故的辦法。
反應(yīng)釜氧化系統(tǒng)的安全危害因素
反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全危害因素比較多,主要可分為反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故、反應(yīng)釜殼體發(fā)生破裂、反應(yīng)釜殼體腐蝕、反應(yīng)釜殼體磨損4個方面進行討論。
反應(yīng)釜爆炸事故
反應(yīng)釜的爆炸事故國內(nèi)確有先例:某冶煉廠設(shè)計建造的反應(yīng)釜,在開始投料試車運行期間發(fā)生了爆炸。反應(yīng)釜爆炸導(dǎo)致釜蓋飛起,沖破了車間天花板。所幸發(fā)生爆炸時正值用餐時間,車間內(nèi)外沒人,無人員受傷。反應(yīng)釜爆炸主要是由精礦中的浮選藥劑積累引起的。捕收劑和起泡劑等浮選藥劑大多為小分子有機化合物,在反應(yīng)釜中的強酸性溶液及加熱條件下,發(fā)生化學分解并蒸發(fā)進入氣相,比如丁基黃藥在酸性介質(zhì)中可分解為丁烷基化合物(丁醇)和二硫化碳,這二者均易于蒸發(fā)并可燃。當釜內(nèi)液面以上氣相中可燃氣體積累到爆炸濃度下限就會發(fā)生爆炸。
反應(yīng)釜殼體發(fā)生破裂
一般來說,難處理金礦熱壓氧化的溫度為180~ 225℃ ,釜內(nèi)總壓力為1.6~3.35 MPa,氧分壓為 0.5—1.5 MPa。因溫度遠高于水的標準沸點,加之釜內(nèi)礦漿量大,一旦發(fā)生釜壁的破裂,釜內(nèi)壓力使礦漿瞬間噴出裂口同時變?yōu)檎羝?,急速噴出并急劇膨脹的沖擊能量很大,產(chǎn)生巨大的破壞力,稱之為“物理爆炸”。加之礦漿溶液為熱酸性溶液,對廠房設(shè)備和人員的危害很嚴重,因此,反應(yīng)釜外殼發(fā)生破裂會導(dǎo)致重大事故,需要充分認識其危害性。為防止發(fā)生反應(yīng)釜破裂事故,需要了解發(fā)生反應(yīng)釜破裂的規(guī)律和原因,才能制定防止發(fā)生事故的措施。反應(yīng)釜外殼發(fā)生破裂的因素有以下4個方面。
1)反應(yīng)釜外殼破裂與反應(yīng)釜制造材料的選擇有關(guān)。反應(yīng)釜外殼的破裂即為外殼材料斷裂破壞,根據(jù)斷裂的發(fā)生形式可分為延性斷裂、脆性斷裂、蠕變斷裂、疲勞斷裂等。
延性斷裂:對于常用來制造反應(yīng)釜的碳鋼和低合金鋼,延性斷裂首先發(fā)生在塑性變形嚴重的部位,故又稱“塑性斷裂”。延性斷裂的發(fā)生機理是由于材料承受過高應(yīng)力,很過材料的屈服強度,以致產(chǎn)生塑性變形,在塑性變形嚴重處的脆性夾雜物斷裂或與基體界面脫離形成空洞,空}同發(fā)展和集聚形成裂紋,較后導(dǎo)致斷裂破壞。反應(yīng)釜設(shè)計計算錯誤、材料選擇不當、操作應(yīng)用不當?shù)瓤芍卵有詳嗔选?/p>
脆性斷裂:脆性斷裂是由于材料的低溫脆性和制造裂紋引起,多發(fā)生于水壓試驗階段。材料的韌性不足、結(jié)構(gòu)設(shè)計不當和制造缺陷等可致脆性斷裂。疲勞斷裂:材料在長期交變負荷下,沒有明顯塑性變形而突然發(fā)生的斷裂。疲勞斷裂一般從應(yīng)力集中處開始。設(shè)計或結(jié)構(gòu)原因的應(yīng)力集中和操作運行條件不穩(wěn)定(溫度或壓力波動大)、頻繁停機開機和頻繁加壓卸壓均為加大疲勞斷裂的不利因素。
蠕變斷裂:材料在高于一定的溫度下,受到小于屈服強度的應(yīng)力作用,隨時間的延長緩慢產(chǎn)生塑性變形,并較后致斷裂破壞。產(chǎn)生蠕變的材料金相組織有明顯變化,如晶粒粗大、珠光體球化等,有時還出現(xiàn)晶界裂紋。碳鋼溫度很過300—350℃ ,低合金鋼溫度很過350~400℃就有可能發(fā)生蠕變斷裂。長期的高溫運行是導(dǎo)致蠕變斷裂的因素。
為了防止發(fā)生上述材料原因產(chǎn)生的斷裂,必須依據(jù)反應(yīng)釜的操作條件選擇適用的優(yōu)質(zhì)材料。
2)制造過程產(chǎn)生的微小裂隙導(dǎo)致破裂。主要有材料缺陷所產(chǎn)生的微小裂隙;簡體鍛制產(chǎn)生微小裂隙;電焊條、焊劑和空氣中的水汽在電弧高溫作用下分解出氫氣,積聚于焊接焊口,可致焊口“氫裂”裂隙;筒體不圓度大,在釜內(nèi)壓力下筒體變形產(chǎn)生裂隙;簡體表面有加工缺陷或厚度不均,局部厚度小處產(chǎn)生裂隙;結(jié)構(gòu)設(shè)計或制造原因產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中所致微小裂隙。
在生產(chǎn)應(yīng)用反應(yīng)釜的過程中,在釜內(nèi)壓力的作用下,微小裂隙逐漸擴大,裂隙擴大到一定程度使釜壁突然破裂造成事故。
3)操作不當導(dǎo)致破裂。違規(guī)操作,溫度、壓力大幅很過安全規(guī)程可導(dǎo)致嚴重事故。
4)不及時維修或違規(guī)維修改造導(dǎo)致破裂。不及時維修或違規(guī)維修反應(yīng)釜安全附件和相關(guān)部件(包括壓力表、溫度傳感器、安全閥、排氣閥、氧氣壓力減壓閥),以致不能正確檢測和控制。
反應(yīng)釜殼體腐蝕
腐蝕是危害反應(yīng)釜安全的重要因素。腐蝕可分為均勻腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、氫腐蝕等多種形式。
難處理金礦的反應(yīng)釜預(yù)處理,可采用強堿性介質(zhì)或強酸性介質(zhì)的氧化工藝。堿性介質(zhì)對釜壁的腐蝕作用相對較小,但是,堿濃度高于5%時,可發(fā)生反應(yīng)釜的“堿脆”破裂 j。酸性介質(zhì)的腐蝕作用強,但是不同酸成分腐蝕強度有差別:僅有硫酸的酸性溶液腐蝕性相對較小,加硝酸后溶液的腐蝕性有所強化,而加了NaC1的酸性溶液的腐蝕性尤其的強。因此,反應(yīng)釜的內(nèi)壁防腐是保證安全性的很其重要的措施。掛件試驗結(jié)果表明,鈦材和聚四氟乙烯材料均可作為防腐材料。
反應(yīng)釜殼體磨損
目前,國外用于難處理金礦預(yù)處理的反應(yīng)釜大多為臥式反應(yīng)釜,沿著長度分隔為4~6室,每個室各有 1個攪拌葉輪。反應(yīng)釜工作時,旋轉(zhuǎn)的葉輪將礦漿攪起并流動,礦漿沖擊反應(yīng)釜內(nèi)壁產(chǎn)生磨損作用,攪拌強度越大和礦粒越大,礦漿中顆粒的沖蝕磨損作用也越大。磨損一般分布不均,礦漿直接沖擊的部位磨損較大。
腐蝕和磨損的聯(lián)合作用將大幅加快釜內(nèi)壁的浸蝕破壞
防止反應(yīng)釜發(fā)生安全事故的預(yù)防措施
在熱壓氧化難浸金礦或金精礦的生產(chǎn)操作中,為了確保反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全性,應(yīng)采取科學嚴密的安全措施。
反應(yīng)釜爆炸事故的預(yù)防
用反應(yīng)釜進行金精礦的氧化預(yù)處理時,可導(dǎo)致爆炸危害的主要因素為浮選藥劑。防止反應(yīng)釜發(fā)生爆炸事故的主要措施有如下3方面:
1)金精礦給入反應(yīng)釜之前預(yù)先脫藥,減少有機藥劑進入反應(yīng)釜。
2)釜內(nèi)氣體節(jié)流排出,避免可燃氣體在釜內(nèi)積累。
3)采用二段氧化流程,氣體與礦漿逆流運行。新鮮氧氣給予第二段反應(yīng)釜,將第二段反應(yīng)釜的排氣給到段反應(yīng)釜。這樣可保持第二段反應(yīng)釜的氧濃度,使碳質(zhì)充分氧化,并將第二段反應(yīng)釜中產(chǎn)生的 CO 傳給段反應(yīng)釜,降低段反應(yīng)釜氣體中氧濃度,降低發(fā)生爆炸事故的可能性。
反應(yīng)釜破裂事故的預(yù)防
難處理金礦或金精礦反應(yīng)釜預(yù)處理的操作溫度一般在180—225℃ ,此溫度與水的標準沸點相比較高,但是對于鋼材的力學強度影響很小。難處理金礦或金精礦反應(yīng)釜預(yù)處理的操作壓力一般在1.6—3.35 MPa,此壓力屬于中壓壓力容器的范圍內(nèi)偏小壓力。壓力容器按工作壓力劃分,壓力范圍在1.6~10 MPa 為中壓壓力容器 J。用于難處理金礦或金精礦熱壓氧化預(yù)處理的中壓反應(yīng)釜一般屬于二類壓力容器。防止發(fā)生反應(yīng)釜破裂事故的預(yù)防措施有以下幾方面:
1)反應(yīng)釜設(shè)計應(yīng)委托具有二類壓力容器設(shè)計資格的設(shè)計單位 J,該單位的設(shè)計資格應(yīng)符合《壓力容器設(shè)計單位資格管理和監(jiān)督規(guī)則》并已取得A1或 A2級壓力容器設(shè)計證;反應(yīng)釜的制造亦應(yīng)委托具有二類壓力容器制造資格的廠家,該廠家制造資格應(yīng)符合《壓力容器制造單位資格認可與管理規(guī)則》的規(guī)定,并已取得AR1或AR2級壓力容器制造許可證的廠家,要確保設(shè)計水平和制造水平。
2)把好反應(yīng)釜制造鋼材的進料關(guān),嚴格檢驗,確保材料無缺陷。
3)筒體和封頭鍛造過程嚴格執(zhí)行設(shè)計制造工藝條件,確保鍛造和熱處理過程不產(chǎn)生影響安全的微小裂隙,并在每道工序前后都按照工藝卡嚴格檢驗。
4)嚴格執(zhí)行焊接工藝和熱處理工藝,消除“氫裂”事故的發(fā)生,并在每道工序前后都按照工藝卡嚴格檢驗。
5)反應(yīng)釜制造完成之后,嚴格檢驗制造精度,確保制造精度合格,尤其是不圓度、壁厚均勻度不可很差。
6)反應(yīng)釜出廠之前必須進行打壓試驗,在打壓試驗過程中應(yīng)再次進行檢驗,檢測局部變形或整體變形,重點檢驗焊接處和變形處附近有無微小裂紋。
7)反應(yīng)釜運到應(yīng)用單位安裝完畢之后,在試車運行之前再次進行打壓試驗和加溫試驗,并再次進行檢驗,檢測加溫加壓下局部變形或整體變形,重點檢驗焊接處和變形處附近有無微小裂紋。
8)反應(yīng)釜應(yīng)配備完善的安全附件和計算機檢控系統(tǒng)。
9)反應(yīng)釜使用單位應(yīng)建立科學的安全管理制度和生產(chǎn)操作規(guī)程,并嚴格管理、嚴格執(zhí)行,建立反應(yīng)釜技術(shù)檔案,詳細記錄及存檔反應(yīng)釜的制造、安裝、定期檢驗、使用操作、維修等資料。
10)反應(yīng)釜使用單位應(yīng)配備和培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員進行生產(chǎn)和安全管理,這些技術(shù)人員應(yīng)具備壓力容器專業(yè)知識,了解壓力容器有關(guān)法規(guī)和標準。
11)反應(yīng)釜,L產(chǎn)操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和考核,持證上崗,乍產(chǎn)操作必須嚴格執(zhí)行操作規(guī)程,不可很溫、很壓操作。
12)反應(yīng)釜生產(chǎn)應(yīng)用過程中必須進行定期檢查和維護,使反應(yīng)釜、安全附件和檢控系統(tǒng)(包括壓力表、溫度傳感器、安全閥、排氣閥、氧氣壓力調(diào)整系統(tǒng)等)保持完好狀態(tài),但是不得擅自提高操作壓力或溫度,不得擅自修改或改造反應(yīng)釜及其安全附件。
13)反應(yīng)釜使用過程中按照GB 5044-1999《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》定期進行檢驗(如有了新版本的規(guī)程應(yīng)執(zhí)行新版本規(guī)程)。
反應(yīng)釜殼體防腐防磨
目前,應(yīng)用于酸性熱壓氧化的臥式反應(yīng)釜大多采用2層內(nèi)襯防腐防磨:反應(yīng)釜鋼殼內(nèi)鋪設(shè)一層防腐層 (鉛板或有機膜);然后砌筑耐酸磚層。耐酸磚層起著3重作用:①支撐防腐層(鉛板或有機膜);②防止磨損防腐層;③隔熱保溫。耐酸磚層的缺點:① 由于耐酸磚砌筑于鉛板或有機膜之上,耐酸磚層穩(wěn)固性差,易于發(fā)生脫落或倒塌事故;② 耐酸磚層厚度達 230 mm,致使反應(yīng)釜鋼殼的直徑增加460 mm以上,鋼殼厚度也相應(yīng)增加(約5 mm),鋼殼的質(zhì)量增加 (約14 t),造價增加(約10%);③耐酸磚的質(zhì)量達 300~400 t,不僅大幅增加設(shè)備質(zhì)量,而且大幅增加了反應(yīng)釜造價。
采用鈦材作為反應(yīng)釜防腐內(nèi)襯具有如下優(yōu)點:
1)鈦材的防腐性非常優(yōu)良,遠比鉛板、不銹鋼強。鈦材可承受含有硫酸、硝酸、氯化物和硫酸鐵的稀溶液(前三者各自濃度不大于4% ,硫酸鐵濃度不大于20%)加熱至220 oC,并給人氧氣(氧分壓不大于2 MPa)反應(yīng)的長期防腐考驗。而鉛板只能用于應(yīng)溶液只含有硫酸和硫酸鹽的反應(yīng)釜防腐。
2)鈦材為密度較小(4.5 g/cm )且強度較大的金屬材料,作為反應(yīng)釜內(nèi)襯材料,具備較大的強度和剛度,可承受釜內(nèi)壓力不變形保持內(nèi)襯形狀,因此鈦材防腐層內(nèi)鋪設(shè)的耐酸磚較穩(wěn)固,而且可在鈦板上設(shè)置固定耐酸磚的構(gòu)件來增加耐酸磚的安裝穩(wěn)固性,防止脫落或倒塌。而鉛板或有機膜材質(zhì)軟弱、強度低,鋪設(shè)的內(nèi)襯需要鋼殼和耐酸磚來支撐,而且因釜內(nèi)壓力和耐酸磚的重力下易于變形壓扁,以致耐酸磚脫落或倒塌。
3)鈦材具有較大硬度和耐磨性,反應(yīng)釜內(nèi)可不設(shè)耐酸磚防磨損,可設(shè)置防磨構(gòu)件來防磨損。這樣一來,反應(yīng)釜鋼殼直徑可減小約450 mm,不僅減小鋼殼造價,而且可免去鋪設(shè)耐酸磚的高昂費用。
保持反應(yīng)釜熱平衡
熱平衡是反應(yīng)釜安全平穩(wěn)運行的重要因素:當反應(yīng)熱過大時,釜內(nèi)溫度將上升,如控制不當可發(fā)生很溫事故;當反應(yīng)熱過小時,釜內(nèi)溫度將下降,精礦的氧化浸出指標也將下降。
為了保持反應(yīng)釜反應(yīng)的熱平衡,需要在設(shè)備設(shè)計和生產(chǎn)管理上均要采取如下措施:
1)生產(chǎn)管理上要采取配礦制度,保持金精礦氧化發(fā)熱量較穩(wěn)定。
2)每班測定金精礦的發(fā)熱量,為反應(yīng)釜的生產(chǎn)操作提供依據(jù)。
3)反應(yīng)釜設(shè)計及制造時,反應(yīng)釜中設(shè)置冷卻/加溫管。冷卻/加溫管的設(shè)計要充分考慮局部過熱和冷熱不均而致熱膨脹應(yīng)力的影響。
結(jié)語
反應(yīng)釜應(yīng)用操作的安全危害因素主要有反應(yīng)釜爆炸、殼體破裂、殼體腐蝕和殼體磨損。反應(yīng)釜應(yīng)用操作中應(yīng)充分認識反應(yīng)釜安全的危害因素,制定科學嚴密的反應(yīng)釜操作規(guī)程和安全管理制度,并嚴格執(zhí)行嚴格管理,以確保生產(chǎn)安全。