淺談水泥廠風險控制要點和安全評價關鍵點的把握
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新型干法（預熱預分解）水泥熟料煅燒工藝之后，由于其生產規(guī)模大、熱耗低、熟料質量高等優(yōu)點，已在世界范圍內獲得了迅猛的發(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線千余條，成為水泥行業(yè)的主流生產工藝，其生產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鍵點，確需要引起業(yè)內同仁高度重視。
一、水泥廠安全評價的關鍵點把握
水泥廠安全評價的關鍵點，在于水泥廠以下三個特有的生產環(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。高溫使設備的故障率增加（除機械故障外還有熱故障），流水線生產使設備出現故障后，其上下游設備、甚至整個工藝生產線都得停下來，造成巨大的停產損失。
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、物資運輸等輔助生產設施，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，甚至一直通過回轉窯從窯頭噴出來造成人員的傷亡。
造成結皮、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)”。在生產過程中，由于這些有害元素在窯內的高溫區(qū)揮發(fā)，又在預熱器系統(tǒng)的某個低溫部位凝結，或者當物料的易燒性不好，煅燒溫度過高時，又或者是窯內有不完全燃燒出現還原氣氛時，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，形成越來越厚的結皮，如果這些結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)的產量，甚至中斷生產。嚴重的堵塞甚至會使生料連續(xù)堵到喂料口，形成“灌香腸”現象，這數十噸額外的事故荷載會嚴重威脅到窯尾塔架的結構安全。
預熱預分解系統(tǒng)事故主要預防措施包括：
① 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）等技術措施。
?、奂訌娒芊獯胧?，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成結皮，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，防止結皮的進一步發(fā)展。
2．回轉窯的主要工藝事故：
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。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分鐘內及時啟動，提供保安電源，使回轉窯的輔傳能進行慢速盤窯，防止窯體變形?，F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）。但如果窯內的耐火磚發(fā)生局部掉磚，或嚴重磨損變薄的現象，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。由于回轉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量問題或者砌筑、安裝的質量問題，使得磨損、掉磚現象在生產過程中難以避免。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)巨大的停產損失，停窯處理事故需要花費10～15天的時間，其產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：
?、貱O2自動滅火系統(tǒng)（也可以使用氮氣）：除塵器、煤粉倉內均應設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。
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其特點是水泥廠以水泥生產為主要任務，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，這點在性質上與火電站的生產目的有所不同。因此，水泥廠的余熱發(fā)電必然受制于水泥生產線，它必須在保證水泥熟料質量、產量、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)生產的電能并不上網，而是本廠自用，故對其供電質量（指電壓、電流、頻率、相位等電參數的穩(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向本廠供電，而水泥廠有不少大型的高壓變頻調速電機裝置，因此對自發(fā)電的供電質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)調試等方面，除了執(zhí)行電力相關標準規(guī)范外，還必須執(zhí)行壓力容器行業(yè)的有關規(guī)定。如《壓力容器安全技術監(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，以確?；瘜W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，汽輪機的轉速、油溫、發(fā)電機的電壓、電流頻率、相位等重要的控制參數，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)的設備出現故障需要立即停車檢修時，為了確保熟料生產線的正常生產，原來進入SP鍋爐