高纯碲车间一次氢化岗位生产故障的分析与对策

谭靖辉，童梦良，梁建军

（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412004）

在某企业进行工学交替实习期间，在高纯碲车间一次氢化岗位顶岗实习的几名学生与笔者就岗位上的事情交流较多，该岗位频繁发生的生产故障引起了笔者较多的关注。笔者认为，通过对一次氢化岗位生产故障原因的分析、整改措施的制定、工艺改进、技术总结，不但可以提高实习师生的专业技术水平，更重要的是可以为实习企业解决实际问题，加强校企合作。

1 对高纯碲及一次氢化的解释

高纯碲中碲的含量要求大于等于99.999%，Ag、Al、Cd、Fe、Mg、Ni、Pb、Se、Sn 杂质总量小于 10×10-6。高纯碲主要用于制备Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，太阳能电池，热电转换原件，致冷原件，气敏、热敏、压敏、光敏、压电晶体和核辐射探测、红外探测器等基础材料。

高纯碲生产过程中，杂质Se首先通过一次氢化除去。反应式如下：

该反应采用管式反应器，反应器材质为石英玻璃。反应温度控制在350～440℃，生成的SeH2是无色、有恶臭的有毒气体，比空气重。由于杂质硒的含量低，因此，生成的SeH2气体量也较少。

2 故障的具体体现及危害

一次氢化岗位的生产故障，集中体现在两个方面：（1）一次氢化反应时间过长；（2）一次氢化岗位频繁发生管式反应器的起火爆炸事故。

一次氢化属于无机化学反应，反应时间长达30多个小时。对于化工生产中的无机化学反应，反应时间一般为1～2.5h，即使是有机化学反应，反应时间一般也在6h以内。一次氢化反应时间长达30多个小时是不正常的、也是罕见的，反应时间过长会给生产带来被动，降低生产装置的生产能力，也不便于生产管理。

一次氢化岗位频繁发生管式反应器的起火爆炸事故（一个月平均发生4～5起），这种起火爆炸事故虽然只炸石英玻璃管反应器后再起火，爆炸威力不大，火势也较小容易扑灭，但它对正常生产秩序及企业员工心态的影响是相当严重的。每一次管式反应器起火爆炸事故的发生，都会造成一次氢化岗位在几天时间内部分停产甚至全部停产，严重妨碍了正常生产的进行。更为严重的是，这种起火爆炸事故频繁地威胁该岗位员工的人身安全，使该岗位员工经常处于提心吊胆的工作状态，员工的离职率相当高。毫无疑问，一次氢化是制约高纯碲车间正常生产的瓶颈岗位。

3 生产故障原因及其分析

笔者认为，一次氢化岗位之所以反应时间过长以及频繁地发生管式反应器起火爆炸事故，不是由于操作、设备、基层管理等原因导致的，而是由于一次氢化岗位工艺设计存在缺陷所致。

一次氢化的工艺流程是，比高纯碲（Te-05）纯度低的原料Te中的杂质Se与H2在管式反应器中反应后，生成的SeH2气体由抽风机抽走。笔者认为，采用抽风机抽走SeH2气体是该岗位工艺流程设计中的明显缺陷，必须进行技术改进。

一次氢化岗位工艺流程的设计中，设置抽风机的目的是用于抽走一次氢化所生成的SeH2气体，但是抽风机除了能抽走SeH2气体外，还能将氢气钢瓶输送至管式反应器中的大部分H2抽走，这样会导致如下后果：

（1）H2在管式反应器中停留时间大大缩短，与杂质Se不能充分反应，工艺指标上表现为反应时间过长。

（2）相当多的H2被抽风机抽走后排空，既造成了H2的消耗增加，更使H2在尾气排放口处浓度较高，存在严重的安全隐患。

（3）管式反应器存在物料口，物料口是供一次氢化时原料加入和反应后物料取出的，反应过程中用橡皮管帽套在物料口处，以防空气吸入。与设备、管线的焊接、法兰连接形式相比，橡皮管帽套在物料口处的气密性是较差的，在抽风机抽气过程中，容易从管式反应器物料口处抽入空气，抽入的空气在管式反应器中与氢气形成混合气体。由于氢气-空气混合气爆炸范围较宽，一旦混合气在管式反应器中达到爆炸极限（含H29.5%～65%，体积百分数），在高温作用下（350～440℃的反应温度，电加热）必然发生起火爆炸事故。

4 对降低H2流量及增加一台抽风机抽风能减少一次氢化起火爆炸事故频率的分析与评价

为了避免高纯碲车间一次氢化岗位发生起火爆炸事故，目前采取的措施是降低一次氢化的H2流量并增加一台抽风机抽风，单台管式反应器H2流量由原来的 7～8L·min-1降至 3～4L·min-1，抽风机由原来的一台增加至两台。增加一台抽风机抽风能使抽入管式反应器中的空气量增加，降低H2流量能使管式反应器中H2量减少，这样管式反应器中氢气-空气混合气中H2被稀释，混合气的浓度往往低于爆炸下限浓度（含H29.5%，体积浓度），从而能有效减少一次氢化起火爆炸事故的频率。从工艺上分析，目前采取的这种措施依然具有局限性，具体体现在：

（1）由于管式反应器中H2被空气稀释，会使一次氢化反应速率降低，反应时间更长，会制约高纯碲的产量。当然，为了提高高纯碲的产量，可以增加管式反应器的台数，但这样会使高纯碲生产的投资费用、人工工资费用、设备折旧费用、维修费用增加，反映在技术经济指标上体现为高纯碲的生产成本增加，亦会使管理难度增加。

（2）降低一次氢化的H2流量并增加一台抽风机抽风并不能完全避免一次氢化岗位起火爆炸事故的发生。当生产系统发生波动时，比如H2压力与流量的波动、管式反应器运行台数的变化、抽风机发生故障（如跳闸）、突然性的停电等，都会使管式反应器起火爆炸的可能性大大增加。

5 工艺改进措施

笔者认为，工艺上最根本的改进措施是，拆除一次氢化岗位的抽风机，改为让SeH2气体通过液封装置稍带正压排放，而不是在抽风条件下呈负压排放。因为SeH2气体比空气重（分子量为80.98，大于空气的平均分子量29.0）、有毒、呈弱酸性、溶于水，所以液封装置中应盛装稀NaOH溶液对SeH2气体进行化学吸收，残余H2从液封装置上带阻火器的排气管排空。液封装置上进气管插入稀NaOH溶液中的深度要根据石英玻璃管反应器的耐压程度进行工艺计算，以保证管式反应器中反应压力以3～5kPa（表压）为宜。

6 实施步骤

为使该技改项目稳妥进行，应采取如下实施步骤：

（1）从高纯碲车间一次氢化岗位上多台石英玻璃管反应器中单独拿出一至两台进行工艺改进施工，新增加的设备、管线采用PVC材质。

（2）由车间生产骨干对改造后的管式反应器进行操作，详细记录工艺参数与现象，工艺技术人员现场跟踪指导，时间两个星期。

（3）收集一次氢化岗位两个星期中的原始记录，对实施工艺改进和未实施工艺改进的工艺技术参数、安全性能进行对比、分析、总结。

（4）将一次氢化岗位其余管式反应器全部进行工艺改进施工，时间控制在一至两天。

（5）一次氢化开车后工艺技术人员现场跟踪指导，并进行岗位员工的技术培训，时间一个月。

（6）资料、原始记录收集整理，撰写技术总结报告，召开技改总结会议。

7 配套整改措施

配套整改措施的重点是：保持设备、管线的气密性；将高纯碲车间一次氢化岗位厂房由封闭式厂房改为框架式厂房；将门禁系统（用于员工刷卡考核）改为向外开的门；H2浓度报警仪请仪表生产厂家每年进行一次定期检测、校核。

实施工艺改造后，管式反应器稍带正压，当H2万一泄漏时，以上配套整改措施能保证该岗位的安全生产。

8 对企业技术保密制度的思考

任何一家企业对技术保密都是很重视的，都具有一套严密的技术保密制度。该制度可以最大限度地维护企业权益，确保股东利益，使企业在市场竞争中不断发展、壮大，但辩证地看，企业技术保密制度过严也可能使企业技术团队各成员之间的交流、协作受到制约，使企业的技术创新、技术改造和员工培训受到束缚，这是值得企业股东和高管深思的。