一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆系统及方法与流程

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆的方法。

背景技术：

电石渣是电石与水反应制备乙炔过程中产生的工业废弃物，我国每年排放约3000万吨，主要成分为氢氧化钙，含量可达80％～90％，具有很大的再利用价值，可用于水泥、建筑材料等方面，或者经过分离提纯后用作脱硫剂或烧结成型制备活性氧化钙。近年来，随着环保形势的日益严峻和天然石灰石的限采，国内许多研究机构、高校及企业纷纷开展了二次钙基资源的循环利用研究，电石渣由于其高钙属性和低廉价格，其清洁利用受到了广泛的关注。

201810719129.6、201810717426.7、201810718408.0等系列专利公开了干、湿法电石渣经分离纯化后制备脱硫剂、活性氧化钙联产硅铁等副产品的方法。但电石渣在资源化利用过程中，会夹带未反应完全的电石和吸附的乙炔气在工艺内逸出并富集，对生产过程造成较大的安全隐患。针对残留乙炔气的防爆问题，一方面，可以在特定设备中促进乙炔释放并进行回收，另一方面，需要在电石渣资源化处理设备中增加防爆设计，快速、准确的完成气体交换，降低空间乙炔浓度，防止爆炸。

cn109609188a公开了一种湿法乙炔电石渣处理工艺，将电石渣浆进行初步沉降分离与初步乙炔气回收，回收乙炔气的电石渣浆经压、干燥、分级，送至固体粉料分级器进行粗细电石渣分离；cn207958262u公开了一种电石渣回收乙炔气装置，涉及一种电石渣回收乙炔气装置，能将湿法乙炔发生器排出的电石渣中未反应完全的电石颗粒进一步水解，继续完成反应，使乙炔气充分释放出来，进而达到回收利用的目的。但目前研究中仅针对湿渣中未反应的电石进行考虑，而针对于干渣利用的整体工艺过程中的分散式乙炔气逸出以及夹带量更大的干法电石渣的防爆问题，并未见有效、充分的处置手段。

综上所述，电石渣资源化利用过程中，乙炔气逸出富集造成的安全隐患问题尚未被重点关注，缺乏简便、经济、准确、易操作的危险气体浓度控制方法以降低安全风险，本发明主要针对上述问题，寻求建立简便、灵敏度高且工程适用性强的综合性解决办法。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆系统及方法，本发明可降低电石渣中乙炔气危险气体浓度，从而避免电石渣利用过程中的安全隐患。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆系统，所述系统包括：分级除尘子系统、气体监测子系统、充氮子系统和通风子系统；

所述分级除尘子系统通过管道连通原料/生产区域，气体监测子系统通过管道连通分级除尘子系统；气体监测子系统分别通讯连接充氮子系统和通风子系统；充氮子系统和通风子系统分别通过气体管道连通于原料/生产区域；

所述分级除尘子系统对原料/生产区域的含粉尘乙炔气进行过滤处理，含粉尘乙炔气经处理后进入气体监测子系统进行乙炔气浓度监测；

所述气体监测子系统根据监测结果控制充氮子系统和/或通风子系统；

所述充氮子系统对原料/生产区域进行充氮；

所述通风子系统对原料/生产区域进行强制通风。

本发明中的子系统均为现有装置，均可商业购买得到。

一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆方法，所述方法包括：

1)将原料/生产区域的含粉尘乙炔气经分级除尘过滤处理，进行乙炔气浓度检测；

2)根据乙炔气浓度检测结果，对原料/生产区域进行应急充氮和/或强制通风，使原料/生产区域内的乙炔气浓度降低到爆炸极限以下。即，保持原料/生产区域内的乙炔气浓度低于危险浓度，并在超过危险浓度时迅速降低到危险浓度以下。所述爆炸极限或危险浓度为乙炔气浓度为2v/v％。

优选地，步骤1)中，所述原料/生产区域为干法乙炔生产工艺产生电石渣的存储或资源利用区域。

优选地，步骤1)中，分级除尘过滤根据粒径不同，分级为3-4级，所过滤的粉尘颗粒粒径≥1微米。

优选地，步骤1)中，乙炔气浓度检测为红外式分级固定式乙炔气体检测仪或火焰式分级固定式乙炔气体检测仪，乙炔气的检测范围为0-20％，乙炔气浓度大于2％时检测精度为0.01％，小于2％时为0.005％。红外式分级固定式乙炔气体检测仪或火焰式分级固定式乙炔气体检测仪均可商业购买得到。

优选地，步骤2)中，根据乙炔气浓度检测结果确定应急充氮速率：

乙炔气浓度为0-1.0％时，应急充氮速率为每分钟空间总体积的1/100-1/50；本发明的乙炔气浓度检测值仅代表检测点附近值，当其检测值为零时也需缓慢充氮以保障系统安全。

乙炔气浓度为1.0-1.5％时，应急充氮速率为每分钟空间总体积的1/50-1/30；

乙炔气浓度为1.5-2.0％时，应急充氮速率为每分钟空间总体积的1/30-1/10。

优选地，步骤2)中，当乙炔气浓度大于2.0％，进行强制通风换气，通风量为每分钟空间总体积的1/10-1/3。

具体地，一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆方法，所述方法包括以下步骤：

1)分级除尘系统将原料及生产现场的含粉尘乙炔气进行固体颗粒的过滤，通过固定式气体检测仪，将现场检测到的气体浓度，转换为对应的标准信号进行统一显示管理和控制；

所述的分级除尘系统根据粒径不同，一般为3-4级，所过滤的粉尘颗粒粒径最低为1微米；

所述的分级固定式乙炔气体检测仪一般为红外式或火焰式，乙炔气的检测范围为0-20％，乙炔气浓度大于2％时检测精度为0.01％，小于2％时为0.005％；

所述的分级固定式乙炔气体检测仪可实现远程监测，远程设置报警值和远程标定功能，检测仪的标定间隔至少为6个月；

2)应急充氮：根据乙炔监测系统反馈的环境中乙炔气浓度，分不同速率通入氮气，以确保环境中乙炔气浓度低于一定范围内，所述的充氮行为根据环境内乙炔气浓度有所区别：

环境内乙炔气浓度为0-1.0％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/100-1/50；

环境内乙炔气浓度为1.0-1.5％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/50-1/30；

环境内乙炔气浓度为1.5-2.0％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/30-1/10；

3)强制通风：根据乙炔监测系统反馈的环境中乙炔气浓度，大于一定数值后开启强制通风系统，从而使乙炔气浓度迅速降低至一定范围内；

在环境乙炔浓度为0-2.0％，根据空间内体积和充氮速率，通风换气通道开启，系统空间内气体会伴随充氮行为排出系统内部，降低乙炔浓度；而在环境乙炔气浓度大于2.0％以后，进行强制通风换气，通风量为每分钟空间总体积的1/10-1/3。

本发明充氮和强制通风换气时，通风换气通道开启。本发明的强制通风换气是进行空气的通入。

本发明中的乙炔气浓度的单位为体积百分比。

本发明中，通过将电石渣进行浓度检测-应急充氮-强制通风处理，可以保证电石渣资源化利用过程，乙炔气浓度均低于爆炸极限，同时系统简单、自动化程度和灵敏度较高，实现了电石渣再利用的前端安全处理，具有良好的经济和社会价值。

本发明通过在电石渣存储及资源化利用过程进行乙炔气体浓度检测，选择性进行应急充氮与强制通风行为，达到降低系统内乙炔气浓度的目的，使得全过程乙炔气浓度均保持在爆炸极限以下，上述过程均属于物理过程，系统简单，通用性强，灵敏度高，安全可靠性较高。

本发明对检测气体进行多级过滤，以保证系统长期稳定运行，并尽可能降低维护频率。解决了现有气体检测设备对目标气体的含尘湿度等有较高要求，在含尘环境中存在通道堵塞不能长期应用、需要频繁更换芯片的问题。

本发明提供了一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆系统，从而彻底解决电石渣资源化利用过程中乙炔气富集导致的安全风险问题。该系统包括除尘系统-气体监测装置-充氮系统-通风系统几个部分组成，首先通过分级除尘系统对气体中包含的粉尘进行过滤分离，然后采用气体在线分析检测装置测出现场实时乙炔气浓度并进行反馈；根据现场环境中的不同乙炔气浓度变化，分别采用应急充氮及强制通风的方法使体系中的乙炔气浓度迅速降低并保持在所要求的范围之内。通过上述实时监测和组合防爆系统的使用，可以实现乙炔气含量的准确实时监测和快速控制，从而解决电石渣资源化利用过程的乙炔气安全隐患。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过电石渣资源化利用过程中，逸出乙炔气的实时监测-应急充氮-强制通风组合防爆技术，使得工艺过程中电石渣内乙炔气浓度均确保在2.2％的爆炸极限以下；本发明的组合防爆指充氮与通风按乙炔浓度变化相互配合，二者作用相同，但由于系统的特殊性，氮气供应量和排风系统对原料的影响存在问题，需要二者配合使用。

(2)本发明所述系统操作简单，自动化程度高，有效解决了电石渣资源化利用过程中的安全问题。

(3)本发明是针对高粉尘环境中的长期稳定检测的除尘系统设置，其次是充氮与通风的配合使用，达到既满足防爆需求，又不会受到制氮系统的限制，同时强制通风不会对生产及厂区环境造成影响。

附图说明

图1为本发明分级除尘-实时监测-应急充氮-强制通风过程的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆系统，所述系统包括：分级除尘子系统、气体监测子系统、充氮子系统和通风子系统；

所述分级除尘子系统通过管道连通原料/生产区域，气体监测子系统通过管道连通分级除尘子系统；气体监测子系统分别通讯连接充氮子系统和通风子系统；充氮子系统和通风子系统分别通过气体管道连通于原料/生产区域；

所述分级除尘子系统对原料/生产区域的含粉尘乙炔气进行过滤处理，含粉尘乙炔气经处理后进入气体监测子系统进行乙炔气浓度监测；

所述气体监测子系统根据监测结果控制充氮子系统和/或通风子系统；

所述充氮子系统对原料/生产区域进行充氮；

所述通风子系统对原料/生产区域进行强制通风。

本发明中的子系统均为现有装置，均可商业购买得到。

实施例2：

如图1所示，一种基于高粉尘环境中乙炔气实时监测的应急充氮-强制通风组合防爆方法，所述方法包括以下步骤：

1)分级除尘系统将原料及生产现场的含粉尘乙炔气进行固体颗粒的过滤，通过固定式气体检测仪，将现场检测到的气体浓度，转换为对应的标准信号进行统一显示管理和控制；

所述的分级除尘系统根据粒径不同，一般为3-4级，所过滤的粉尘颗粒粒径最低为1微米；

所述的分级固定式乙炔气体检测仪一般为红外式或火焰式，乙炔气的检测范围为0-20％，乙炔气浓度大于2％时检测精度为0.01％，小于2％时为0.005％；

所述的分级固定式乙炔气体检测仪可实现远程监测，远程设置报警值和远程标定功能，检测仪的标定间隔至少为6个月；

2)应急充氮：根据乙炔监测系统反馈的环境中乙炔气浓度，分不同速率通入氮气，以确保环境中乙炔气浓度低于一定范围内，所述的充氮行为根据环境内乙炔气浓度有所区别：

环境内乙炔气浓度为0-1.0％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/100-1/50；

环境内乙炔气浓度为1.0-1.5％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/50-1/30；

环境内乙炔气浓度为1.5-2.0％时，充氮速率为每分钟空间总体积的1/30-1/10；

3)强制通风：根据乙炔监测系统反馈的环境中乙炔气浓度，大于一定数值后开启强制通风系统，从而使乙炔气浓度迅速降低至一定范围内；

所述的强制通风行为是在环境乙炔浓度为0-2.0％，根据空间内体积和充氮速率正常运行；而在环境乙炔气浓度大于2.0％以后，进行强制通风换气，通风量为每分钟空间总体积的1/10-1/3。

实施例3：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为0.305％，此时通过系统控制持续缓慢通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/100，使得体系内的乙炔气浓度基本保持，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例4：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为0.515％，此时通过系统控制持续缓慢通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/75，使得体系内的乙炔气浓度基本保持并略有下降，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例5：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为0.950％，此时通过系统控制持续通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/50，使得体系内的乙炔气浓度缓慢下降至0.5以下，同时氮气通入速率随之下降至每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例6：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为1.25％，此时通过系统控制持续通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/40，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，同时氮气通入速率随之下降至每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例7：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为1.45％，此时通过系统控制持续通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/30，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，同时氮气通入速率随之下降至每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例8：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为1.70％，此时通过系统控制持续通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/20，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，同时氮气通入速率随之下降至每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例9：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为1.95％，此时通过系统控制持续通入氮气，通气速率为每分钟空间总体积的1/10，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，同时氮气通入速率随之下降至每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例10：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为2.05％，此时通过系统控制开启强制通风，通风速率为每分钟空间总体积的1/5，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，此时通风系统关闭，同时开启氮气保护系统，速率为每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

实施例11：

乙炔气实时监测-组合防爆系统通过分级除尘，对环境中的乙炔气进行浓度检测，反馈结果为2.15％，此时通过系统控制开启强制通风，通风速率为每分钟空间总体积的1/3，使得体系内的乙炔气浓度下降至0.5以下，此时通风系统关闭，同时开启氮气保护系统，速率为每分钟空间总体积的1/75，环境内气体排出速率基本与通入氮气速率一致。

综合上述实施例可以得出，本发明所述方法通过优选考虑最大的影响因素，充氮和通风，对电石渣进行应急充氮-强制通风组合防爆技术，实现了电石渣的安全化资源化利用，所得电石渣产品的乙炔气浓度均可保持在爆炸极限2.2％以下；所述方法操作简单，自动化程度较高，有效解决了电石渣资源化利用过程中的安全风险问题，具有良好的经济效益和社会效益。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。