淺談水泥廠風險控制要點和安全評價關(guān)鍵點的把握

　　　　在建筑材料工業(yè)中，水泥行業(yè)并不屬于風險較高的行業(yè)，其生產(chǎn)工藝相對而言是比較安全的。特別是在上世紀六十年代初出現(xiàn)新型干法（預熱預分解）水泥熟料煅燒工藝之后，由于其生產(chǎn)規(guī)模大、熱耗低、熟料質(zhì)量高等優(yōu)點，已在世界范圍內(nèi)獲得了迅猛的發(fā)展，至今已有近五十年的歷史。我國目前已有各種類型/規(guī)模的新型干法水泥熟料生產(chǎn)線千余條，成為水泥行業(yè)的主流生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)的安全性已為實踐所證明。但是在危險預知和安全評價工作中如何準確把握其風險控制點和安全評價關(guān)鍵點，確需要引起業(yè)內(nèi)同仁高度重視。

　　一、水泥廠安全評價的關(guān)鍵點把握  

　　水泥廠安全評價的關(guān)鍵點，在于水泥廠以下三個特有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設施（包括人身安全和設備安全）。

　　熟料燒成系統(tǒng)：屬于高溫熱工系統(tǒng)，煅燒溫度最高達1450℃。主要包括三個部分，即預熱預分解系統(tǒng)（窯尾）、回轉(zhuǎn)窯和篦冷機。燒成系統(tǒng)的工作特點是：①處于高溫狀態(tài)，②流水線連續(xù)生產(chǎn)。高溫使設備的故障率增加（除機械故障外還有熱故障），流水線生產(chǎn)使設備出現(xiàn)故障后，其上下游設備、甚至整個工藝生產(chǎn)線都得停下來，造成巨大的停產(chǎn)損失。

　　煤粉制備系統(tǒng)：煤粉屬于易燃易爆物品，必須認真對待。包括原煤均化和儲存、煤磨、煤粉儲存及氣力輸送等環(huán)節(jié)。

　　余熱發(fā)電系統(tǒng)：主要包括余熱鍋爐、汽輪機及發(fā)電機等設備，類似于一個小型火電站。其中余熱鍋爐和汽輪機屬于高溫（310～400℃）、高壓（一般1.35 MPa）的特種設備。                                         除此以外的生產(chǎn)工藝和機電設施，如原料礦物和混合材的破碎、輸送、儲存，生料和水泥的粉磨、水泥包裝，以及供水、供電、機修、物資運輸?shù)容o助生產(chǎn)設施，均與一般的工業(yè)企業(yè)大同小異，其危險、有害因素的分析和防治措施的要求都是相類似的。

　　二、水泥廠風險控制要點的把握

　　（一）水泥廠燒成系統(tǒng)主要事故及預防措施

　　水泥廠燒成系統(tǒng)主要包括三個部分，即預熱預分解系統(tǒng)（窯尾）、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機。

　　1、即預熱預分解系統(tǒng)（窯尾）的主要工藝事故是預熱器的結(jié)皮、堵塞。堵塞一旦發(fā)生，處理起來危險性很大，因為采用人工從捅料口去疏通堵塞（用高壓水槍打）是十分危險的，一旦捅通，上面的堵料垮塌下來，這種高溫料流的流動性極強，會從捅料口涌出來，甚至一直通過回轉(zhuǎn)窯從窯頭噴出來造成人員的傷亡。

　　造成結(jié)皮、堵塞的主要原因是原、燃料中的鉀、鈉、氯、硫等揮發(fā)性有害元素在窯和各級預熱器之間發(fā)生的“堿循環(huán)”。在生產(chǎn)過程中，由于這些有害元素在窯內(nèi)的高溫區(qū)揮發(fā)，又在預熱器系統(tǒng)的某個低溫部位凝結(jié)，或者當物料的易燒性不好，煅燒溫度過高時，又或者是窯內(nèi)有不完全燃燒出現(xiàn)還原氣氛時，都會使這些元素循環(huán)富集，黏附在預熱器系統(tǒng)的某個相對穩(wěn)定的襯壁上，形成越來越厚的結(jié)皮，如果這些結(jié)皮沒有得到及時的處理，就會導致預熱器系統(tǒng)的堵塞。堵塞的直接后果是使預熱器出口的有效斷面縮小，系統(tǒng)阻力增大，總風量減少，從而影響窯系統(tǒng)的產(chǎn)量，甚至中斷生產(chǎn)。嚴重的堵塞甚至會使生料連續(xù)堵到喂料口，形成“灌香腸”現(xiàn)象，這數(shù)十噸額外的事故荷載會嚴重威脅到窯尾塔架的結(jié)構(gòu)安全。

　　預熱預分解系統(tǒng)事故主要預防措施包括：

　?、?嚴格控制原料中有害組分的含量，其中，石灰石礦石要求：R2O(K2O+Na2O)≤0.6～0.8%, SO3≤1%, Cl-≤0.03%； 其他校正原料中的MgO≤3.0%, R2O≤2%, SO3≤2%；生料中的R2O≤1.0%；均化后煤的全硫含量≤3.0%,窯內(nèi)的硫堿摩爾比≤1.0（一般為0.6～0.8）。這就要求石灰石礦山進行均化/搭配開采，并且也是礦山的夾層和剝離物能否綜合利用的制約因素之一。

　?、?燒成系統(tǒng)應保持穩(wěn)定的熱工制度，減少堿循環(huán)量。必要時可采取旁路防風、窯灰排放（即窯尾收塵器排出的窯塵不再入窯）等技術(shù)措施。

　　③加強密封措施，防止冷風漏入。由于窯尾和低位預熱器的熱物料特別容易在冷的地方，尤其是在漏風點附近凝結(jié)成結(jié)皮，因此，在窯喂料端密封處、預熱器卸料閥以及在低位預熱器上，應竭力防止有漏風點存在。此外，冷風的漏入還會造成熱損失，使系統(tǒng)的能耗增加。  ④ 在容易結(jié)皮的卸料錐體處設置空氣炮，按一定的頻率定時輪流吹堵清掃，防止結(jié)皮的進一步發(fā)展。

　　2．回轉(zhuǎn)窯的主要工藝事故：

　　停電事故。湖南新華水泥廠的事故實例：雷擊造成停電停窯，隨后的大暴雨造成窯體嚴重翹曲變形，窯襯碎裂、大窯報廢，并且頂壞窯封，使全廠被迫停產(chǎn)。其教訓是廠區(qū)總降壓站的防雷設計必須有高標準的要求；在事故停電后，應急電源（自備柴油電站）必須在5～10分鐘內(nèi)及時啟動，提供保安電源，使回轉(zhuǎn)窯的輔傳能進行慢速盤窯，防止窯體變形?，F(xiàn)在一般在水泥廠設計中已將窯的輔助傳動、窯尾高溫風機、篦冷機風機、中控室（CCR）、消防水泵等列為一級負荷，實施雙回路供電，以切實保證供電的穩(wěn)定性。

　　“紅窯”事故。在正常生產(chǎn)時，窯胴體的外表溫度不超過250～320℃（燒成段），這是耐熱鋼可以承受的正常工作范圍（指強度、剛度）。但如果窯內(nèi)的耐火磚發(fā)生局部掉磚，或嚴重磨損變薄的現(xiàn)象，就會使高溫熟料（1300～1450℃）接近甚至直接接觸窯殼體鋼板而發(fā)生“紅窯”事故（暗紅色，約400～600℃），使鋼板變軟，嚴重時使窯體變形，無法正常運轉(zhuǎn)。由于回轉(zhuǎn)窯耐火磚的工作條件極其惡劣，它們長期受到高溫的熱腐蝕、孰料反應的化學腐蝕、窯轉(zhuǎn)動時的交變機械應力和熱應力的疲勞破壞，這三重影響的疊加，加上可能存在的耐火磚自身的質(zhì)量問題或者砌筑、安裝的質(zhì)量問題，使得磨損、掉磚現(xiàn)象在生產(chǎn)過程中難以避免。其預防措施有：① 使用紅外線掃描儀對窯胴體的表面溫度變化實施連續(xù)的實時掃描監(jiān)控，自動記錄窯胴體溫度曲線，發(fā)現(xiàn)溫度異常報警時，立即進行處置，及時停止喂料，防止耐火磚進一步大面積垮塌。 ② 嚴格執(zhí)行預檢修制度，及時、定期更換腐蝕嚴重的窯襯（耐火磚、澆注料），防患于未然。

　　一旦發(fā)生大面積垮磚的停窯事故，將造成企業(yè)巨大的停產(chǎn)損失，停窯處理事故需要花費10～15天的時間，其產(chǎn)值損失高達上千萬元，而計劃性預檢修的成本要低得多。

　　（二）煤粉制備系統(tǒng)主要事故及預防措施

　　由于煤粉是易燃易爆物品，長期堆積會發(fā)生自燃，因此煤粉的制備、輸送、儲存系統(tǒng)是水泥廠的另一個危險源。必須有必要的安全設施預防火災爆炸事故發(fā)生。

　　煤粉系統(tǒng)的安全設施一般應有：

　　①CO2自動滅火系統(tǒng)（也可以使用氮氣）：除塵器、煤粉倉內(nèi)均應設CO自動分析儀及溫度測量裝置。液態(tài)的CO2氣體儲存在鋼瓶中，在下列情況下自動噴淋：

　　除塵器出口的CO 濃度達到1.5% 時報警，超過2%時自動噴淋；

　?、?除塵器灰斗、煤粉倉的溫度達到70～90℃時報警，超過90℃時自動噴淋。本系統(tǒng)需要具有資質(zhì)的單位進行設計、制造和安裝，CO2儲氣鋼瓶及其自動噴淋裝置屬于壓力容器設備。煤磨收塵器應采用專用的防爆型袋收塵器，煤粉倉、選粉機及收塵器應安裝防爆閥，以確保事故發(fā)生時能夠及時泄壓。

　　煤粉倉應保持煤粉的流動性，不能長期積壓儲存煤粉（因為有自燃的可能性）。在設備檢修期間，應當放空倉內(nèi)的煤粉。事故實例：某水泥廠在煤粉倉焊補時發(fā)生爆炸事故，其教訓是焊補前必須排空倉內(nèi)煤粉，并充分通風，降低煤塵濃度。

　　（三）余熱發(fā)電系統(tǒng)主要事故及預防措施

　　水泥廠的余熱發(fā)電裝置包括窯頭、窯尾的余熱鍋爐及其管道系統(tǒng)、汽輪機及其蒸汽和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、化學水處理系統(tǒng)、發(fā)電機及其電器控制系統(tǒng)等，類似于一個小火電站。其中余熱鍋爐和汽輪機屬于高溫（320～400℃）、高壓（1.25～1.5MPa）的特種設備。
[Page]

　　其特點是水泥廠以水泥生產(chǎn)為主要任務，余熱發(fā)電系統(tǒng)是其附屬裝置，目的是對熟料煅燒過程中產(chǎn)生的余熱，當作次生能源進行節(jié)能減排的綜合利用而已，這點在性質(zhì)上與火電站的生產(chǎn)目的有所不同。因此，水泥廠的余熱發(fā)電必然受制于水泥生產(chǎn)線，它必須在保證水泥熟料質(zhì)量、產(chǎn)量、綜合能耗的前提下進行運行。窯系統(tǒng)的余熱有波動時，對發(fā)電系統(tǒng)的能力產(chǎn)生波動是很自然的事情（這對火電站是不允許的）。此外，余熱發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)的電能并不上網(wǎng)，而是本廠自用，故對其供電質(zhì)量（指電壓、電流、頻率、相位等電參數(shù)的穩(wěn)定性）的要求不像火電站那樣嚴格。但余熱發(fā)電需要與外接電源并網(wǎng)向本廠供電，而水泥廠有不少大型的高壓變頻調(diào)速電機裝置，因此對自發(fā)電的供電質(zhì)量還是應該有所控制。

　　從安全角度看，余熱發(fā)電系統(tǒng)應滿足以下要求：

　　其安裝精度、熱膨脹間隙的預留、管道焊接、試壓試驗、強制報檢報驗的項目、系統(tǒng)調(diào)試等方面，除了執(zhí)行電力相關(guān)標準規(guī)范外，還必須執(zhí)行壓力容器行業(yè)的有關(guān)規(guī)定。如《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《特種設備安全監(jiān)察條例》等。

　　在窯系統(tǒng)有故障（如窯尾風機、篦冷機風機故障、預熱器堵塞等），造成熱工制度波動、發(fā)電系統(tǒng)工作不正常時，應具有自動保護功能，以保證設備的安全。因其熱源的穩(wěn)定性比火電站要差。

　　要嚴格控制原水的水質(zhì)，以確保化學水處理系統(tǒng)的軟水處理能力，確保鍋爐的及時補水。鍋爐結(jié)水垢是影響熱交換效率和鍋爐安全運行的主要因素。

　　煙氣溫度、鍋爐給水量、過熱蒸汽的溫度、壓力、流量，汽輪機的轉(zhuǎn)速、油溫、發(fā)電機的電壓、電流頻率、相位等重要的控制參數(shù)，必須進入CCR的DCS系統(tǒng)，以確保中控室的正確判斷和操作。當余熱發(fā)電系統(tǒng)的設備出現(xiàn)故障需要立即停車檢修時，為了確保熟料生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)，原來進入SP鍋爐的窯尾廢氣必須馬上改為進增濕塔冷卻后收塵排放，或者直接進入原料烘干的熱源供應系統(tǒng)；原來進入AQC鍋爐的窯頭廢氣必須馬上改為直接進入三次風管的分解爐供風系統(tǒng)，這一切都需要CCR的正確操控。

　　余熱發(fā)電系統(tǒng)主要安全事故有：

　　鍋爐爆炸事故，可能的原因有：

　　① 鍋爐本體的問題，如制造缺陷，水質(zhì)問題引起的結(jié)垢、腐蝕，停爐后保養(yǎng)不當造成的金屬腐蝕，安裝缺陷造成的跑冒滴漏等。

　?、?鍋爐超壓運行，原因有鍋爐安全閥損壞或設定壓力過高，壓力表及其報警系統(tǒng)故障，鍋爐工操作失職等。

　?、?鍋爐缺水爆炸，原因有司爐工未按操作規(guī)程操作，使鍋爐燒干，后又突然大量上水，引起事故；水位計故障不能顯示真實水位；給水系統(tǒng)故障；排污閥關(guān)閉不嚴造成漏水等。  應采取的預防措施有：

　?、?鍋爐及蒸氣管道的安全附件（安全閥、壓力表、水位計、應急放空閥等）的規(guī)格、量程、精度、安裝位置等必須滿足《蒸氣鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，制造/安裝單位必須擁有相應的資質(zhì)。

　?、?定期檢查并檢測安全附件的有效性和可靠性。

　?、?建立健全安全操作規(guī)程，加強操作人員的培訓。司爐工、水質(zhì)化驗工等特種作業(yè)人員應取得資質(zhì)才能上崗。

　　汽輪機的超速飛車、甩負荷事故，可能的原因有：

　　① 調(diào)速系統(tǒng)或保護系統(tǒng)（危急保安器）出現(xiàn)故障，不能及時動作。

　?、?輸變電線路跳閘，使機組負荷無法正常輸出。這是因為外部電路故障引起發(fā)電機保護性動作，跳開發(fā)電機出口開關(guān)。

　?、燮啓C葉片損壞，從而因失去動平衡而造成劇烈震動。

　　④ 油路故障，或油質(zhì)不合格造成調(diào)速系統(tǒng)失靈。

　　發(fā)電機的失磁事故，會造成局部過熱，燒壞繞組絕緣，使發(fā)電機因短路造成火災?？赡艿脑蛴校?

　?、?失磁保護系統(tǒng)失靈拒動，失去保護作用。

　?、?勵磁回路出現(xiàn)故障，如可控硅元件老化、脫焊，勵磁繞組長期發(fā)熱造成絕緣損壞等。

　　輔助系統(tǒng)，如冷卻水系統(tǒng)、軟化水水質(zhì)處理系統(tǒng)、潤滑油路系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)等的機械事故、觸電事故、灼傷事故、火事故等。

　　三、幾點體會和結(jié)論

　　綜上所述，對于水泥廠的風險控制和安全評價而言，其特點是：

　　① 對于重要的主機設備及其關(guān)鍵件，預防性檢修制度的制定和嚴格執(zhí)行顯得極為重要，決不能“小車不倒盡管推”，等到出了事故再來處理，得不償失。這是水泥廠的風險控制特點和安全管理要點。

　　②中控室(CCR)的DCS集散型控制系統(tǒng)（集中管理，分散控制）是全廠的指揮樞紐，十分重要。由于整個生產(chǎn)系統(tǒng)的操作運行、故障診斷及停風、停料的連鎖控制均在CCR內(nèi)進行，因此現(xiàn)場一次儀表的正常工作十分重要（測量各工況點的溫度、壓力、流量、料位、震動、CO、NOx等有害氣體含量的各類探頭、熱電偶、傳感器、取樣器），它們反饋回來的測量參數(shù)是判斷系統(tǒng)是否正常運行，或者何處出故障、出何類故障的依據(jù)。一旦測量儀表失效，CCR就成了瞎子。然而一次儀表在現(xiàn)場各工況點的工作條件是十分惡劣的（高溫、高速氣流、料流的沖刷、磨蝕），因此必須經(jīng)常巡檢、定期更換，以確保其正常工作。此外，控制各工況點風量、料流大小或方向的各類閥門及其電動執(zhí)行機構(gòu)，是CCR進行控制操作的工具，是保證系統(tǒng)正常生產(chǎn)的必要手段，一旦失效，CCR就會失去控制能力。尤其是在投料初期系統(tǒng)進行聯(lián)動調(diào)試時，或者主機設備出現(xiàn)運行故障的情況下，CCR失去控制能力，則后果難以設想。故對它們也要經(jīng)常巡檢，出現(xiàn)故障，立即更換，以確保CCR的控制功能。這是安全生產(chǎn)的必要條件。

　?、塾捎谛滦透煞ㄋ嗌a(chǎn)線燒成系統(tǒng)的整個生產(chǎn)過程是在一個密閉、負壓環(huán)境下進行的，因此生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO、SO2、NOx等有害氣體只能從窯尾的高煙囪排向大氣，對環(huán)境有一定的影響，但對生產(chǎn)工人的操作并不構(gòu)成重大的危險、危害因素。其中的SO2被物料中的CaO、R2O所吸收而形成硫酸鹽及亞硫酸鹽而進入熟料固化（其吸硫率達95%），排入大氣的SO2很少。水泥生產(chǎn)流程中的主要危險因素是高溫料流，一旦出事，對人員和生產(chǎn)設備的安全威脅極大。

　?、軐╇娍煽啃缘囊蠛芨?。廠區(qū)總降壓站的防雷設計必須有高標準的要求；在事故停電后，應急電源（自備柴油電站）必須在5～10分鐘內(nèi)及時啟動，提供保安電源，使回轉(zhuǎn)窯的輔傳能進行慢速盤窯，防止窯體變形。

　?、?余熱鍋爐的水質(zhì)處理系統(tǒng)（包括軟化水處理劑及化學除氧劑）、廠區(qū)的中央化驗室存有各類化學試劑，涉及有毒有害及腐蝕性危害，應納入風險控制和評價范圍，包括各類藥劑的儲存、使用管理，化驗室的通風換氣要求等。

　?、匏喟b及儲運單元中，因為包括了包裝系統(tǒng)的紙袋（或塑料編織袋）庫及紙袋輸送，故應增加對火災危險的預先危險性分析。

　　⑦對處于海拔1000m標高以上的生產(chǎn)線，應進行高海拔系數(shù)的修正。因為高海拔地區(qū)的空氣密度小，對預熱預分解系統(tǒng)的懸浮熱交換有較大影響，同時，空氣中含氧量的減少也使燒成反應需要更多的空氣，因此必須增大風量、擴大預熱器，甚至窯的尺寸。

　?、嗨鄰S涉及的特種設備主要有空壓機站及其管網(wǎng)系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽鍋爐、汽輪機，以及各類起重機械，應按《特種設備安全監(jiān)察條例》的要求進行管理，包括取得使用登記證、定期檢驗檢測、作業(yè)人員持證上崗、制定事故應急預案等。  除了高溫料流外，其他次要的危險源還有成品油庫（燃料油及各類潤滑油）、機修車間的氧氣瓶、乙炔發(fā)生器等易燃易爆設施，也必須要有安全措施。

　?、?企業(yè)不但要有完善的操作規(guī)程和各項管理制度，而且要加強操作人員的培訓、考核，使他們能盡快熟悉掌握和正確理解操作規(guī)程，對于新建的水泥企業(yè)，這點十分重要。實踐證明，不少事故的發(fā)生，與操作工不熟悉或不能正確理解操作規(guī)程有關(guān)。

　?、?水泥廠的安全投資一般應占工程總投資的4%～8%，其計算內(nèi)容應當包括：工業(yè)場地的護坡、擋土墻、防排水設施；工作場所用于防塵的收塵器（如物料下料點、轉(zhuǎn)載點的收塵器，但不能把所有的收塵器都計入安全投資，例如窯尾電收塵應當算作環(huán)保投資）；工藝流程設備的連鎖裝置、限位裝置、防堵塞用的空氣炮、防雷接地保護裝置；柴油發(fā)電站（或其他應急電源）；回轉(zhuǎn)窯的輔助傳動（盤窯）裝置、燒成帶的強制冷卻風機；煤粉制備系統(tǒng)的防爆電機、CO2自動噴淋裝置、防爆閥；為安全目的而設置的測速、測壓、測溫裝置（如窯胴體紅外掃描儀）、自動報警  裝置、應急照明系統(tǒng)；皮帶機的防塵罩、除鐵裝置、防跑偏裝置；大型電機的過負荷、短路及斷電保護裝置；設備轉(zhuǎn)動部分的防護裝置、操作檢修平臺的防護欄等安全設施；高溫管道的外保溫層；噪音屏蔽設施；消防供水系統(tǒng)及其他消防設施；余熱發(fā)電系統(tǒng)的軟化水處理、化學除氧裝置；潤滑油冷卻系統(tǒng)，包括所有與安全設施/裝備有關(guān)的土建、施工、安裝費用；安全警示標志；個人防護用品；安全培訓設施及費用；安全評價及安全檢測費用；應急預案演練的預算等等。如果是新建水泥廠項目，應要求工程初步設計時安全設施設計專篇一定要詳細交待安全投入的具體內(nèi)容，這樣才能在對項目驗收安全評價時準確衡量設計提出的安全設施是否實現(xiàn)了與主體工程建設的“三同時”