有機硅生產設備防護設計

華紹武，于海鷹，王富軍

(1.廣州匯標檢測技術中心，廣東 廣州 510000；2.佛山市順德區固得麗涂料有限公司，廣東 佛山 528300；3.佛山市順德區安政安全技術服務有限公司，廣東 佛山 528300)

0 引言

有機硅是化工新材料產業的重要組成部分，具有許多其他化工材料無可替代的作用，是名副其實的“工業維生素”和“科技催化劑”。近些年，我國有機硅的消費保持高速增長，現已成為繼美國之后的第二大消費國。但有機硅生產過程中會產生有害因素，危害勞動者健康。本設計通過對生產過程及設備產生的有害因素進行分析、預測，再對工藝過程及生產設備進行防護設施設計，來控制工作場所空氣中有害因素濃度，指導企業預防職業性損傷以及職業病的發生。

1 生產工藝及職業病危害分析

廢膠及硅膠邊角料經破碎機破碎后，經密閉管道輸送至分解反應釜，同時投加十二烷基苯磺酸作為催化劑，由導熱油將反應釜加熱至150 ～180 ℃，廢膠及邊角料會發生分解反應，生成氣態二甲基硅氧烷混合體，經三級冷凝后得到粗二甲基硅氧烷。之后轉入重排釜反應釜，同時投加氫氧化鉀做催化劑，由導熱油將反應釜加熱，以發生重排反應，生成氣態二甲基硅氧烷，再經過二級冷凝、脫色得到二甲基硅氧烷。

破碎廢膠及硅膠邊角料過程中，固體顆粒破碎及與設備間碰撞主要產生噪聲、其他粉塵。采用氣相色譜- 質譜儀對二甲基硅氧烷進行有機揮發性組分分析并結合生產工藝條件可知，分解反應釜和重排釜在高溫重排反應中，化學物質揮發產生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學有害因素，設備運轉及加熱時會產生噪聲及高溫有害物理因素。

2 設備防護設施設計

2.1 全面通風設計

該生產工藝設計布置在一棟連體廠房，廠房高度為8.5 m，其中北部區域面積為2 016 m2，主要布置5 臺分解反應釜及配套的加料罐，以及6 臺常溫存儲罐；南面區域面積為720 m2，主要布置3臺重排反應釜及配套的加料罐。

生產設備及管道均采用密閉設置，分解反應、重排反應會產生熱量及化學有害因素，另外反應釜等均自帶隔熱層，但也會散發少量熱量至工作場所，因此可以利用廠房長軸方向兩面側墻的窗戶進風與排風，一面進風，一面排風，形成置換通風的氣流組織[1]。同時，在廠房頂部設置天窗，利用熱壓為動力源，避免有害物質在車間內蓄積。

依據《機械工業采暖通風與空調設計手冊》[2]中車間通風量計算以及排風口面積計算，對車間通風面積進行計算：

北面區域分解反應釜散發至空氣的熱量參考傳送帶式電熱爐熱量匡算值取90 kW，散入工作區熱量百分比約0.42(熱源與地板面積的能比為21%)，室內外溫差為5 ℃，進風效率系數為1。因此進風所需空氣量以及側窗進風口面積為：

南面區域重排反應釜散發至空氣的熱量參考傳送帶式電熱爐熱量匡算值取90 kW，散入工作區熱量百分比約0.5(熱源與地板面積的能比為25%)，室內外溫差為5 ℃，進風效率系數為1。因此進風所需空氣量以及側窗進風口面積為：

故可在廠房北部區域長軸方向每面側墻設置面積不低于39.3 m2的窗戶，廠房南部區域長軸方向每面側墻設置面積不低于30.5 m2的窗戶。其中一面側墻窗戶進風，一面側墻窗戶排風，形成置換通風的氣流組織，窗戶可設置成上下兩排。另外，夏季自然通風所用的進氣窗的下端距地面不宜＞1.2 m，以滿足空氣直接吹向工作地點的要求，廠房側窗下沿距廠房內地面高度不低于1.2 m。

2.2 局部通風設計

分解反應釜及重排反應釜進行化學反應時，會產生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學有害因素，且分解釜及重排釜化學反應均在密閉負壓狀態下進行，可利用密閉管道經換熱器后將排風設施與反應釜進行連接[3-4]。生產過程中產生的有害因素通過負壓管道收集，經活性炭吸收塔凈化后排放，以避免產生的有害因素危害勞動者健康。

根據GBZ/T 194—2007《工作場所防止職業中毒衛生工程防護措施規范》[5]中密閉排風罩排風量計算式(7)進行計算：

分解反應釜設備參數為：反應容積7 000 L，反應釜內直徑2 m，反應釜接駁口內直徑0.219 m，考慮接駁口處形成0.5 m/s 的風速，故單個密閉排風罩所需風量為：

F=3 600×[3.14×(0.219÷2)2]×0.5=67.8 m3/h (8)

重排反應釜參數為：反應容積12 000 L，反應釜內直徑2.2 m，反應釜接駁口內直徑0.219 m，考慮接駁口處形成0.5 m/s 的風速，故單個密閉排風罩所需風量為：

F=3 600×[3.14×(0.219÷2)2]×0.5=67.8 m3/h (9)

共設置5 個分解釜及配套的加料罐、3 個重排釜及配套的加料罐，所需總風量為67.8 m3/h×8=542.4 m3/h。

反應釜至真空泵等的連接管道選用 DN 100 圓形無縫鋼管，單個反應釜至真空泵管道長20 m，其中異形管件直角彎頭15 個、球閥7 個、90°吸氣三通3 個。

根據式(10)[6]：

計算管道內平均風速為：

v=67.8÷[3.14×(0.095÷2)2]=9 570 m/h=2.66 m/s (11)

依據《機械工業采暖通風與空調設計手冊》中通風管道沿程阻力損失計算式(12)，計算單個反應釜沿程阻力損失為：

局部阻力損失計算公式為：

控制反應釜壓力低于-0.005 MPa，故所需風機的風壓不低于7 244 Pa。

3 設備防護設施效果分析

3.1 危害因素檢測結果分析

防護設施安裝投入使用后，根據GBZ 159—2004《工作場所空氣有害物質監測的采樣規范》[7]等的要求，對生產過程中產生的化學有害因素進行檢測，根據GBZ 2.1—2019《工作場所有害因素職業接觸限值 第1 部分：化學有害因素》[8]以及《關于發布〈工作場所有害因素職業接觸限值 第1 部分：化學有害因素〉(GBZ 2.1—2019)第1 號修改單的通告》[9]對檢測結果進行評價得到，勞動者化學有害因素時間加權平均濃度及短時間接觸濃度均符合職業接觸限值的要求，各崗位化學有害因素檢查結果如表1 所示。

表1 化學有害因素檢測結果

根據GBZ 1—2010《工業企業設計衛生標準》[10]、HG 20571—2014《化工企業安全衛生設計規范》[11]的要求，對產生化學有害因素的分解反應釜、重排反應釜設計密閉化負壓排風設施，并將生產過程中產生的有害因素進行收集，故分解反應釜、重排反應釜的防護設計合理。通過對化學有害因素進行檢測結果分析可知，勞動者接觸的化學有害因素濃度均符合職業接觸限值的要求，且均低于行業水平，故分解反應釜、重排反應釜設計的防護設施防護效果有效。另外，連體廠房利用長軸方向側墻窗戶進行全面通風，形成置換通風的氣流組織，窗戶對稱設計，形成良好的穿堂風，能避免化學有害因素在生產廠房內蓄積。側窗沿廠房長軸設置，能夠降低分解反應釜、重排反應釜作業過程中產生的有害因素對存儲罐區的影響以及分解反應釜、重排反應釜區域間的交叉影響，氣流組織設計合理，故防護有效。

3.2 勞動者職業健康監護情況

用人單位組織分解釜操作工、重排釜操作工共計19 名勞動者進行高溫、噪聲在崗期間職業健康檢查，對其中13 名分解釜操作工、重排釜操作工進行了苯系物在崗期間職業健康檢查。職業健康檢查結果顯示，除兩名勞動者為噪聲作業禁忌證外，其他參與職業健康檢查的勞動者均未見疑似苯系物、噪聲等所致職業病或職業禁忌證[12]，也未見苯系物等所致職業損傷。

勞動者在崗期間職業健康檢查結果均未見苯系物等所致職業損傷及職業禁忌證，可進一步證明分解反應釜、重排反應釜設置的防護設施能夠對生產過程產生的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學有害因素進行控制，避免勞動職業性損傷的發生。故分解反應釜、重排反應釜設計的防護設施有效。

4 結語

采用廢膠及硅膠邊角料生產二甲基硅氧烷混合體的過程中，廢膠等分解會產生苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等化學有害因素。而生產過程中的工藝溫度達到150 ℃以上，已超過苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃的沸點，故生產過程中的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃極易揮發至空氣中，若生產過程中產生的化學有害因素得不到有效控制，勞動者長期處在高濃度苯系物、醇類等有害因素的作業環境中，極易導致白細胞、中性粒細胞、血小板計數降低[13]，甚至導致職業性慢性苯中毒及職業性苯所致白血病。

有機硅橡膠生產過程中產生有害因素的分解反應釜、重排反應釜可通過采取密閉作業方式，設備連接負壓排風管道對產生的苯、二甲苯、乙苯、丁酮、丁醇、丁醛、四氫呋喃等有害因素進行收集，經過活性炭凈化處理后排放，能夠有效控制散發至工作場所空氣中的化學有害因素的量。另外在廠房長軸方向兩面側墻設置窗戶，形成穿堂風，避免化學有害因素在廠房內蓄積。采用以上方式對分解反應釜、重排反應釜等產生的有害因素控制后，能夠將廠房內有害因素的濃度降低至職業接觸限值以下，保護勞動者免受職業性損傷，避免發生職業病。