液體二氧化碳相變致裂技術在處置電石爐電極軟斷中的應用

董云濤 董慶祥 謝雨航 謝紅莉

（1. 四川省永貞注冊安全工程師事務有限公司，四川 成都610021 2、湖南漢壽煤機科技有限公司，湖南 漢壽415900 3、四川豹變科技有限公司，四川 成都610021）

1 概述

在整個電石爐設備中，電極就是心臟，電流通過電極輸入爐內，產生電弧，進行電石冶煉。某公司在2017 年9 月生產過程中發生電極軟斷，由于電極直徑1.3 米，無法從電石爐中取出，必須進行破碎處理。傳統的破碎處理方法包括使用炸藥和“水炮”，其中使用炸藥過程產生的震動控制不當可能對爐體造成破壞從而導致噴料等惡性事件；使用“水炮”無法控制釋放壓力和做功方向，并且水霧在爐體中可能會導致爆炸事故發生。液體二氧化碳致裂技術是一種理念先進、方法安全、效果顯著的致裂技術[1]，屬于物理致裂技術，具有致裂過程無火花外露、致裂威力大、致裂壓力可控、操作簡便、可定向致裂等優點，國外已廣泛應用于采煤、采石、煤倉清堵、市政工程和建筑物拆除等行業。經技術論證，決定采用液體二氧化碳致裂技術對軟斷電極進行破碎。

2 施工工藝

2.1 設備選擇

致裂器一般由充氣閥、發熱裝置、儲液管、泄能器等組成，結構如圖1[2]所示。

圖1 預裂器結構示意圖

本次致裂作業采用湖南漢壽煤機科技有限公司生產的致裂管，致裂管參數如表1 所示。

2.2 工作原理

儲存在儲液管中的液體二氧化碳在發熱裝置作用下在0.1s內瞬間氣化，體積膨脹600 倍以上產生高壓，當壓力超過剪切片的剪切強度（可設定壓力）時，高壓氣體沖破剪切片從泄能頭快速釋放，定向作用在軟斷電極上，從而達到破碎電極的目的。

表1 基本參數表

3 技術方案

3.1 施工條件

（1）大氣壓力：102kPa～105kPa；

（2）環境溫度：25℃～+30℃；

（3）電石爐溫度：1000℃；

（4）電極直徑1300mm，通過致裂形成不大于600mm 小塊。電極現場情況如圖2 所示。

3.2 施工步驟

由于是首次采用液體二氧化碳致裂技術處理電極軟斷，工作前進行了安全條件論證，由于不清楚處置效果，現場準備了4根致裂管。

圖2 電極軟斷情況

（1）設置致裂孔

結合公司之前處置電極經驗，使用吹氧管在破碎電極大塊上燒出直徑60mm 致裂孔，孔深80cm。其中第一次致裂孔位于電極大塊中部，第二次致裂孔位于電極大塊底部。

（2）放置致裂管

安排專業操作人員將致裂管送入致裂孔，未采取封堵措施。控制電線采用常規銅芯電線。

（3）致裂

技術人員使用礦用發爆器操作，安全距離30 米，致裂過程關閉爐門。

4 致裂效果分析

累計使用4 跟致裂管，其中第一根現場試爆測試控制網絡，未實際發揮效果；第四根未作用，經事后分析是在運輸過程中內部發熱裝置斷裂。

4.1 致裂效果與致裂孔的關系

第二根致裂管致裂孔在軟斷電極中部，致裂后，電極裂成60CM左右小塊，大部分可以從爐門取出。

第三根致裂管致裂孔在軟斷電極底部，致裂后，電極裂開，但有一個大塊無法從爐門取出。

電極致裂后現場情況如圖3 所示。

圖3 電極致裂效果

4.2 致裂過程的振動

經現場檢測，致裂過程無振動；致裂后打開爐門觀察，無小塊電極碎片飛散痕跡。

5 結論

采用液體二氧化碳致裂技術處置電石爐電極軟斷是可行的，有著非常明顯的技術優勢，主要體現在如下幾個方面。

（1）安全性高

二氧化碳致裂技術采用獨特的設計，在工作時不會產生任何明火或火花；二氧化碳氣體本身為惰性氣體，不會與電石或電極發生化學反應。二氧化碳致裂處理瞎炮工藝簡單安全，只需將未爆的致裂器移出爐外，使用專用拆裝設備釋放二氧化碳即可，或者等剪切片自行融化泄壓，不存在安全隱患。

（2）致裂效果好

與炸藥爆破相比，避免了裝藥量不合適導致的物體飛散。可以合理選擇致裂方向，實現定向致裂。

（3）其他有害影響小

采用二氧化碳致裂技術，致裂后不會產生沖擊波，不會產生較大的聲響，對電石爐爐體和電石爐附件不會產生額外不利影響。

（4）恢復生產時間短

采用二氧化碳致裂技術，可以在高溫下進行操作，減少因處置電極導致的停車時間。