王步剛

（山東海化氯堿樹脂有限公司，山東 濰坊 262737）

山東?；葔A樹脂有限公司（以下簡(jiǎn)稱“?；葔A”）現(xiàn)有25萬t/a離子膜燒堿，20萬t/a乙炔法聚氯乙烯。其中一期燒堿裝置10萬t/a，配套聚氯乙烯10萬t/a；二期燒堿裝置15萬t/a，配套聚氯乙烯10萬t/a，一、二期各配置二合一氯化氫石墨合成爐4臺(tái)，二合一鹽酸石墨合成爐2臺(tái)。鹽酸合成爐用氯氣液化尾氣生產(chǎn)高純鹽酸，氯化氫和鹽酸生產(chǎn)過程中的熱量通過循環(huán)熱水收集，用于一次鹽水精制、二次鹽水加溫及廠內(nèi)冬季供暖。

1 工藝流程概述

電解工序的濕氯氣經(jīng)水洗、冷卻、硫酸干燥脫水和壓縮后，一部分直接去氯化氫合成爐生產(chǎn)氯化氫，另一部分去氯氣液化工序生產(chǎn)液氯，未被液化的尾氣去鹽酸合成爐生產(chǎn)高純鹽酸；電解工序的濕氫氣經(jīng)洗滌、冷卻脫水后，一部分去氫氣氣柜緩沖穩(wěn)壓并壓縮后送下游用戶，另一部分經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)壓縮并穩(wěn)定壓力后送氯化氫合成工序，生產(chǎn)氯化氫和高純鹽酸。經(jīng)洗滌、冷卻、干燥處理并壓縮的氫氣和氯氣（或液化尾氣）經(jīng)開關(guān)閥、孔板流量計(jì)計(jì)量、進(jìn)爐手動(dòng)閥調(diào)節(jié)后，按照 1∶1.05～1∶1.15（體積比）的氯氫流量比例進(jìn)入二合一石墨合成爐的底部，石英燈頭燃燒生成氯化氫。高溫氯化氫首先與合成爐簡(jiǎn)體石墨夾套內(nèi)的循環(huán)熱水換熱，再在合成爐頂部的石墨冷卻器與循環(huán)水換熱冷卻至低于40℃后送轉(zhuǎn)化工序生產(chǎn)VCM單體，或去鹽酸吸收系統(tǒng)生產(chǎn)高純鹽酸，生產(chǎn)高純鹽酸時(shí)。氯化氫先后進(jìn)入一級(jí)降膜吸收器、二級(jí)降膜吸收器和尾氣吸收器，由吸收水吸收生產(chǎn)高純鹽酸，未被吸收的部分尾氣再由廢氣吸收器經(jīng)5℃水降溫吸收后達(dá)標(biāo)排放。主要工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 氯化氫合成系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

2 存在的問題及改進(jìn)措施

2.1 進(jìn)合成爐氫氣壓力調(diào)節(jié)優(yōu)化

存在問題：該公司原始設(shè)計(jì)沒有氫氣回收氣柜，電解工序的濕氫氣經(jīng)水洗、冷卻脫水，壓縮后送氯化氫合成工序。氫氣壓力是由氫氣緩沖罐上的壓力調(diào)節(jié)閥通過控制氫氣放空量來調(diào)節(jié)，由于氫氣下游用戶的需要，從氫氣水洗塔后分流一部分氫氣去氫氣回收氣柜。工藝流程變更設(shè)計(jì)以后，原氫氣緩沖罐壓力調(diào)節(jié)閥雖然能夠滿足去氯化氫合成爐氫氣壓力穩(wěn)定控制的要求，但仍需通過調(diào)節(jié)氫氣放空量來實(shí)現(xiàn)，必然會(huì)造成氫氣的排放浪費(fèi)。

改進(jìn)措施：在DCS將氫氣緩沖罐壓力調(diào)節(jié)閥與氫氣緩沖罐壓力變送器壓力調(diào)節(jié)回路解除，調(diào)節(jié)閥前加盲板停用。重新將水環(huán)壓縮機(jī)回流遙控閥與氫氣緩沖罐壓力變送器建立調(diào)節(jié)回路，實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。

改進(jìn)后效果分析：改進(jìn)后氫氣緩沖罐中氫氣壓力比之前控制更加穩(wěn)定，以前氫氣壓力波動(dòng)范圍為±3 kPa，改進(jìn)后氫氣壓力波動(dòng)范圍小于±0.5 kPa，既滿足了穩(wěn)定氯化氫合成系統(tǒng)氫氣壓力的目的，使合成爐氯氫配比更加穩(wěn)定，又避免了氫氣放空損失，將氫氣最大限度送往下游用戶，減少氫氣排放損失約200 Nm3/h。

2.2 緊急情況下合成爐生產(chǎn)自動(dòng)切換改造

存在問題：（1）氯化氫合成爐頂部冷卻后的氯化氫，去VCM轉(zhuǎn)化工序的管道由手動(dòng)蝶閥控制，去鹽酸吸收系統(tǒng)的管道設(shè)置有遙控閥。在需要向轉(zhuǎn)化工序輸送或停送氯化氫時(shí)，必需由操作人員到合成爐頂部開關(guān)手動(dòng)蝶閥。特別是轉(zhuǎn)化工序突發(fā)停車時(shí)，如果去轉(zhuǎn)化的氯化氫閥門不能及時(shí)關(guān)閉，若乙炔倒流回到合成爐內(nèi)，如遇游離氯，存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。（2）氯氣液化尾氣管道一路去鹽酸合成爐生產(chǎn)高純鹽酸，一路經(jīng)手動(dòng)閥控制去廢氯吸收工序。在點(diǎn)鹽酸爐前需現(xiàn)場(chǎng)打開去廢氯氣吸收系統(tǒng)的閥門，點(diǎn)爐后操作人員到現(xiàn)場(chǎng)與DCS操作人員配合逐漸關(guān)閉去廢氯氣吸收系統(tǒng)的閥門，這樣容易造成進(jìn)爐氯氣壓力和流量的波動(dòng)，而且在突然停鹽酸爐后還必須盡快到現(xiàn)場(chǎng)打開此閥門。如果操作不及時(shí)會(huì)對(duì)氯氣液化系統(tǒng)和氯氣處理系統(tǒng)壓力造成波動(dòng)，影響到電解系統(tǒng)的氯氣壓力及電解氯氫壓差穩(wěn)定，甚至可能會(huì)造成聯(lián)鎖停車。

改進(jìn)措施：（1）在氯化氫合成爐去VCM轉(zhuǎn)化工序的氯化氫管道上安裝遙控閥。（2）在液化尾氣去廢氯氣吸收系統(tǒng)的管道上安裝壓力調(diào)節(jié)閥。（3）在DCS設(shè)置了聯(lián)鎖程序，當(dāng)氯化氫合成爐突然聯(lián)鎖停爐時(shí)，去轉(zhuǎn)化工序的閥門聯(lián)鎖關(guān)閉，同時(shí)去鹽酸吸收系統(tǒng)的閥門聯(lián)鎖打開，相應(yīng)鹽酸吸收系統(tǒng)的吸收水閥門聯(lián)鎖打開20%（此閥門開度根據(jù)實(shí)際情況可在DCS進(jìn)行修改），10 s后此閥門關(guān)閉，用來吸收系統(tǒng)內(nèi)殘余的氯化氫氣體。在DCS將液化尾氣閥門與氯氣液化壓力建立壓力調(diào)節(jié)回路，在液化壓力超限時(shí)自動(dòng)打開穩(wěn)定壓力，或根據(jù)鹽酸合成的運(yùn)行情況，在DCS進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

改進(jìn)后效果分析：降低了員工的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)工藝狀況在DCS的遠(yuǎn)程及時(shí)準(zhǔn)確的操作，在突發(fā)停合成爐時(shí)，能夠迅速關(guān)閉閥門切斷氯化氫和乙炔的連接通道，避免安全事故的發(fā)生。

2.3 合成爐系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控安全升級(jí)改造

存在問題：（1）進(jìn)合成爐的氯氣和氫氣管道各設(shè)置有一個(gè)開關(guān)閥，點(diǎn)爐時(shí)打開開關(guān)閥，然后用進(jìn)爐手動(dòng)閥點(diǎn)爐，正常生產(chǎn)過程中通過合成爐燈頭旁的玻璃視鏡觀察合成爐運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)氯化氫及鹽酸分析指標(biāo)和氯氫配比現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)爐氯氣流量和氫氣流量。氯化氫合成崗位操作室設(shè)置在氯化氫合成爐旁，處于甲級(jí)防爆區(qū)域內(nèi)，雖然采取了部分措施將氯氣和氫氣點(diǎn)爐閥門移至操作室外、室內(nèi)設(shè)置了正壓通風(fēng)、將觀察合成爐火焰的操作室窗戶縮小并更換為防爆玻璃等，但仍不符合相關(guān)安全規(guī)范要求，屬于必須整改的重大安全隱患。（2）正常生產(chǎn)過程中合成爐氫氣過量5%~10%，在尾氣吸收系統(tǒng)及吸收水罐內(nèi)積存有大量氫氣，在突然停爐時(shí)，如果進(jìn)爐氯氣開關(guān)閥和手動(dòng)閥沒有及時(shí)關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)，氯氣進(jìn)入合成爐后與過量的氫氣混合，可能造成尾氣系統(tǒng)或吸收水罐爆炸。（3）火焰觀察視鏡在使用一段時(shí)間后，內(nèi)側(cè)視鏡玻璃表面會(huì)附著一層煙霧，影響合成爐火焰的觀察。

改進(jìn)措施：（1）在進(jìn)爐氯氣和氫氣管道上又各增加一只流量調(diào)節(jié)閥，進(jìn)爐氫氣管道上各安裝一只DN20氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥。對(duì)著合成爐觀察火焰的視鏡各安裝了一臺(tái)高清攝像頭。將氯化氫合成崗位操作站從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)移到電解DCS控制室，通過DCS控制室的2臺(tái)火焰監(jiān)視屏觀察合成爐火焰情況。在點(diǎn)爐時(shí)首先在DCS打開進(jìn)爐氣開關(guān)閥和氫氣開關(guān)閥，將氯氣流量調(diào)節(jié)閥切換到手動(dòng)開度20%，氫氣流量調(diào)節(jié)閥切換到手動(dòng)開度15%，然后利用進(jìn)爐手動(dòng)閥點(diǎn)燃?xì)浜吐葰?，并逐漸增加氫氣和氯氣流量，直到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)閥開度不起作用后全開，之后根據(jù)氫氣和氯氣流量比例及攝像頭觀察火焰情況，由DCS遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)進(jìn)爐氫氣和氯氣流量至計(jì)劃生產(chǎn)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)合成爐系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。（2）設(shè)置DCS聯(lián)鎖程序，當(dāng)聯(lián)鎖停合成爐時(shí)，氮?dú)忾y自動(dòng)打開向合成爐內(nèi)通入氮?dú)膺M(jìn)行置換。同時(shí)進(jìn)爐氯氣開關(guān)閥和流量調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖關(guān)閉，延時(shí)3 s后進(jìn)爐氫氣開關(guān)閥和流量調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖關(guān)閉。（3）安裝了合成爐視鏡清洗裝置，將純水通過PTFE軟管接入視鏡內(nèi)側(cè)，由PLC控制器根據(jù)定時(shí)程序自動(dòng)控制各合成爐清洗管道上的電磁閥，實(shí)現(xiàn)視鏡的定時(shí)自動(dòng)清洗。

改進(jìn)后效果分析：徹底將氯化氫合成崗位操作室從防爆區(qū)域內(nèi)搬離出去、實(shí)現(xiàn)了氯化氫合成裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控，消除了安全隱患。停爐后實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加氮?dú)庵脫Q，自動(dòng)切換鹽酸吸收模式，盡快排除爐內(nèi)殘余氣體。進(jìn)爐安裝雙道截?cái)嚅y能夠在停爐后快速自動(dòng)關(guān)閉氯氣閥及氫氣閥延時(shí)關(guān)閉，降低了停爐后爐內(nèi)過氯而發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 熱水泵自動(dòng)倒泵及在線指標(biāo)監(jiān)測(cè)改造

存在問題：（1）氯氣和氫氣燃燒是放熱反應(yīng)，大量的反應(yīng)熱通過與合成爐筒體石墨夾套內(nèi)的循環(huán)熱水帶走，如果循環(huán)熱水泵故障或停機(jī)，備用泵不能及時(shí)開啟，合成爐內(nèi)大量的反應(yīng)熱不能及時(shí)移走，合成爐筒體石墨夾套內(nèi)的循環(huán)熱水會(huì)劇烈汽化沸騰，造成劇烈的振動(dòng)沖擊，合成爐石墨筒體將被燒裂損壞。（2）合成爐循環(huán)熱水在熱水罐、循環(huán)泵、合成爐筒體、輸送管道和各熱水用戶之間閉路循環(huán)。開車時(shí)補(bǔ)充的純水pH為7~9，在生產(chǎn)過程中合成爐內(nèi)的鹽酸會(huì)反滲透過石墨筒體進(jìn)入循環(huán)熱水中，造成熱水pH降低，酸化后的熱水會(huì)對(duì)碳鋼爐體、輸送管道及換熱設(shè)備造成腐蝕。（3）送往VCM轉(zhuǎn)化工序的氯化氫濃度和游離氯是非常重要的控制指標(biāo)，特別是氯化氫中如果存在游離氯會(huì)與乙炔接觸，劇烈反應(yīng)發(fā)生爆炸。之前對(duì)此指標(biāo)的監(jiān)測(cè)是將氯化氫從合成爐頂部引到操作室旁，定期由人工進(jìn)行取樣分析，存在一定的滯后性，不能對(duì)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，對(duì)后續(xù)安全生產(chǎn)存在很大的不確定性。（4）生產(chǎn)的高純鹽酸是通過人工到現(xiàn)場(chǎng)取樣，測(cè)量鹽酸溫度和比重?fù)Q算鹽酸濃度，工作量大，也不能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整控制。

改進(jìn)措施：（1）設(shè)置了循環(huán)熱水泵出口壓力報(bào)警，當(dāng)熱水壓力低于0.25 MPa的設(shè)定值時(shí)，便在DCS控制室發(fā)出聲光報(bào)警，并在各DCS操作畫面彈出文字提示對(duì)話框；在2臺(tái)熱水泵出口各安裝了一只氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，設(shè)置了DCS聯(lián)鎖程序，當(dāng)熱水壓力低于0.2 MPa或運(yùn)行熱水泵發(fā)出停機(jī)信號(hào)后，備用泵立即啟動(dòng)，同時(shí)故障泵出口調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖關(guān)閉，備用泵出口調(diào)節(jié)閥打開，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒泵，從備用泵啟動(dòng)后計(jì)時(shí)，如果在3 min之后循環(huán)熱水壓力仍低于0.15 MPa，將啟動(dòng)聯(lián)鎖停爐程序。（2）定期分析循環(huán)熱水水質(zhì)，按照水質(zhì)情況加入一定量的緩蝕垢劑。在熱水循環(huán)泵出口總管道上安裝了在線pH測(cè)量?jī)x，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)循環(huán)熱水pH變化，及時(shí)根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行相關(guān)處理。（3）在氯化氫總管上安裝了氯化氫純度及微量氯在線分析儀，在一級(jí)降膜吸收器下酸管安裝了鹽酸濃度在線分析儀。儀表測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給DCS，分析人員定期現(xiàn)場(chǎng)取樣分析氯化氫和鹽酸相關(guān)指標(biāo)，與在線分析儀表測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比校準(zhǔn)。

改進(jìn)后效果分析：熱水泵自動(dòng)倒泵的實(shí)現(xiàn)，確保了合成爐熱水循環(huán)的連續(xù)性，保障了設(shè)備安全運(yùn)行。通過相關(guān)在線分析儀表的使用，提高了操作人員對(duì)裝置運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知能力，并能及時(shí)對(duì)指標(biāo)偏離和風(fēng)險(xiǎn)做出判斷和處置，員工勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低。

3 結(jié)語

氯化氫合成裝置在全廠安全生產(chǎn)中有著非常重要的地位，合成爐系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，不僅影響到自身裝置的安全穩(wěn)定，而且對(duì)上下游工序安全穩(wěn)定生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響。

考慮到進(jìn)合成爐氯氣和氫氣流量表存在故障、測(cè)量誤差或數(shù)據(jù)漂移的可能，合成爐的操作只是由直接觀察燈頭火焰，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥門控制氯氫配比和加減負(fù)荷，改成了觀察攝像頭火焰情況，利用儀表調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。而且點(diǎn)爐還需要在現(xiàn)場(chǎng)人工操作，沒有真正實(shí)現(xiàn)合成爐的流量配比自動(dòng)控制。今后將繼續(xù)在合成爐自動(dòng)點(diǎn)火，火焰自動(dòng)監(jiān)測(cè)聯(lián)鎖，進(jìn)爐氯氣和氫氣流量自動(dòng)配比控制和運(yùn)行參數(shù)異常判斷，自主修正調(diào)節(jié)等智能化控制方面進(jìn)行深入研究和優(yōu)化升級(jí)改進(jìn)。進(jìn)一步提高氯化氫合成裝置的自動(dòng)化控制水平和安全水平。