高 偉 尚洋洋 劉大莉

（中國平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司，河南 開封 475000）

1 氯氣泄漏的原因

1）電解工段。鹽水電解過程中，陽極產(chǎn)生氯氣。正常情況下電解槽氯氣總管要保持一定的負(fù)壓，當(dāng)突然出現(xiàn)故障時，生產(chǎn)狀態(tài)變?yōu)檎龎憾鹇葰庑孤?。電解過程中氯氣泄漏主要原因包括：（1）墊圈老化、軟管裂化。（2）法蘭、閥門等設(shè)備密封不嚴(yán)。（3）氯氣含水分過高（氯含水>0.04%）導(dǎo)致設(shè)備及管道腐蝕。（4）當(dāng)氯氣系統(tǒng)壓力波動或補水不及時時，電解槽氯氣支管容易發(fā)生氯氣泄漏。（5）操作人員執(zhí)行操作規(guī)程不力，未嚴(yán)格按程序操作和開、停車。（6）長期滿負(fù)荷生產(chǎn)，設(shè)備檢修、維修不及時。（7）廠內(nèi)供電系統(tǒng)出現(xiàn)技術(shù)性故障，造成電解槽或輸氯系統(tǒng)突然斷電。

2）氯處理工段。氯處理工段是氯堿生產(chǎn)廠中聯(lián)系電解槽與用氯部門的工序，起著承上啟下的作用，也是穩(wěn)定電解槽正常運行、確保安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。氯處理工段包括冷卻除沫、干燥脫水、除霧凈化、壓縮輸送和事故氯氣處理等流程。氯處理工段氯氣泄漏原因：（1）生產(chǎn)過程中設(shè)備、管道、閥門、法蘭等因質(zhì)量缺陷，腐蝕或違規(guī)操作等原因，造成氯氣泄漏。（2）氯氣壓縮機組由于突發(fā)原因而停止運行時，導(dǎo)致氯氣泄漏。（3）氯壓機密封空氣中斷，造成氯氣從密封處泄漏。（4）氯壓機出口壓力超標(biāo)等。

3）液氯工段。此工段將氣體氯經(jīng)低溫冷卻成為液體氯，液氯貯存在貯槽內(nèi)，經(jīng)計量包裝入鋼瓶或槽車。小部分不凝氣體作為液氯尾氣送往氯化氫合成及高純鹽酸工序。液氯工段氯氣泄漏原因：（1）液氯包裝工序中如果返廠空瓶無余壓、空瓶有污物，氣瓶沒有進(jìn)行檢查就進(jìn)行充裝，氯氣即與污染物反應(yīng)發(fā)生爆炸。（2）閥門或瓶閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成氯氣泄漏。（3）液氯鋼瓶充裝過量等造成鋼瓶爆裂。（4）液氯鋼瓶質(zhì)量不合格造成瓶體破裂等。

4）氯化氫工段。氯化氫的合成主要是將來自氫處理工序、純度大于98%、含氧量小于2%的合格氫氣與來自氯處理工序、純度大于95%、含氫量小于0.4%（或液化尾氣純度大于75%，含氫小于3.5%）的氯氣在合成爐內(nèi)經(jīng)過燃燒合成為氯化氫，通過冷卻至常溫后，一部分用水吸收制成31%的商品鹽酸，另一部分通過冷凍脫水，將其含水量降至0.06%以下后，用納氏泵壓送至聚氯乙烯車間，供乙炔合成氯乙烯使用。氯化氫工段出現(xiàn)游離氯原因:（1）進(jìn)入的H2和Cl2配比不當(dāng)，發(fā)生氯過量。（2）H2和Cl2壓力波動大，未及時進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）進(jìn)入的H2純度低。（4）合成爐、冷凝器、氯化氫分配臺和氯化氫緩沖罐等設(shè)備、管道、閥門存在缺陷，易發(fā)生泄漏。

2 案例分析

由電解槽生產(chǎn)的氯氣在常溫常壓下，為黃綠色具有刺激性的劇毒氣體。本文根據(jù)某企業(yè)實際情況及事故狀態(tài)下氯氣的泄漏特點，設(shè)計了專門的吸收裝置，確保事故氯氣泄漏時能在第一時間進(jìn)行吸收處理，防止人員傷亡和環(huán)境污染除害的擴大化。

1）電解工段生產(chǎn)中的事故氯氣吸收裝置。電解工段的氯氣吸收裝置僅吸收處理突然斷電、設(shè)備故障等非正常狀態(tài)下泄漏出的氯氣，生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生的密閉廢氯氣均由氯氫處理工段進(jìn)行集中吸收處理。本文中對于此類氯氣的吸收不作論述。除害氯氣吸收裝置為單塔吸收，塔內(nèi)填裝PVC新型花環(huán)填料，填料塔材質(zhì)為FRP，填料塔規(guī)格為Φ1800×11300，配備2臺次氯酸鈉循環(huán)液槽，規(guī)格為Φ2400×6400;1臺配堿槽。本裝置在第1期電解槽附近設(shè)置規(guī)格為DN150的非金屬塑料彈性吸收軟管2處，作用半徑15m，在第1期氯氣總管調(diào)節(jié)閥處設(shè)置規(guī)格為DN100的吸收軟管1處，作用半徑為12m;在第2期電解槽附近設(shè)置規(guī)格為DN150的吸收軟管4處，作用半徑15m，在第2期氯氣總管調(diào)節(jié)閥與安全水封附近設(shè)置規(guī)格為DN150的吸收軟管1處，作用半徑10m。出現(xiàn)氯氣泄漏時，應(yīng)急處置人員應(yīng)穿戴好防護(hù)用品，迅速將吸收軟管拖至漏點處進(jìn)行負(fù)壓吸收，氯氣在引風(fēng)機的作用下沿吸收管道進(jìn)入填料塔底部，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～22%的堿吸收液進(jìn)行逆流循環(huán)吸收，堿吸收液由塔頂流入塔底，進(jìn)入次氯酸鈉循環(huán)槽，由吸收液循環(huán)泵輸送至板式換熱器降溫后，進(jìn)入填料塔上部循環(huán)吸收。當(dāng)循環(huán)液中堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時，將循環(huán)液輸送至液氯工段次氯酸鈉生產(chǎn)工序進(jìn)行處理。尾氣達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)風(fēng)機排入大氣。填料塔后安裝引風(fēng)機，引風(fēng)機進(jìn)口管線安裝在線監(jiān)測壓力變送器，信號傳入集控室，由主控人員在線監(jiān)測壓力變化，及時通知現(xiàn)場操作人員，控制空氣進(jìn)入量來保證除害氯吸收管線壓力穩(wěn)定在（-1.5±0.2）kPa。同時，為防止全廠停電對除害氯吸收裝置的影響，吸收液循環(huán)泵和引風(fēng)機均配有應(yīng)急電源，當(dāng)全廠發(fā)生電源失電時可自動切換為備用電源供電。

2）除害裝置化學(xué)反應(yīng)原理及設(shè)備容積計算。除害氯吸收裝置采用燒堿吸收法處理氯氣并生產(chǎn)次氯酸鈉成品。該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須及時移走反應(yīng)熱。否則會使吸收液溫度上升。當(dāng)吸收液溫度高于40℃時，會發(fā)生副反應(yīng)。在實際運行過程中，在堿循環(huán)液管線安裝了1臺板式換熱器（型號EC30DW-0.6/165-EH），利用循環(huán)水及時有效地移走反應(yīng)熱。另外，保持一定的過堿量也可以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。

循環(huán)槽的容積設(shè)計。第一，基于第1期電解裝置的計算。第1期電解槽正常運行時電流為4×13.0kA，電解槽至總管氯氣調(diào)節(jié)閥之間的管道內(nèi)氯氣壓力絕壓為P1=110.9kPa，陽極液循環(huán)槽液位上方及管道體積和為V1=14.8m3。假設(shè)氯氣發(fā)生泄漏，電解槽斷電后憋在管道內(nèi)的氯氣逸出部分被循環(huán)槽堿液吸收，最終氯氣管道內(nèi)的壓力跟外界大氣壓相同，氯氣不再外逸。

大氣壓取值為P0=101.3kPa，求V0。

根據(jù)公式:P1V1=P0V0，得V0=P1V1/P0,

V0=110.9×14.8÷101.3=16.2（m3）

則需要吸收裝置吸收的氯氣體積為:

V1=16.2-14.8=1.4（m3）

第二，基于第2期電解裝置的計算。A區(qū)電解槽正常運行電流為4×18.0kA,P1=103.4kPa,V1=71.5m3，求得

V0=103.4×71.5÷101.3=73（m3）

則V2=73.0-71.5=1.5（m3）

B區(qū)電解槽正常運行電流為4×19.0kA,P1=102.8kPa。V1=72.0（m3），求得

V0=102.8×72.0÷101.3=73.1（m3）

則V3=73.1-72.0=1.1（m3）

通過計算可知: 除害氯裝置吸收氯氣的最大量為:V=V1+V2+V3=1.4+1.5+1.1=4.0（m3）。

60 ℃時氯氣密度ρ為2.616g/L。須吸收的氯氣質(zhì)量為:m=ρV=2.616×4.0=10.5（kg）。

吸收10.5kg氯氣需要的堿液量計算如下。

Cl2+2NaOH→NaCl0+NaCl+H2O

根據(jù)如下化學(xué)方程式進(jìn)行計算:

要吸收完10.5kg氯氣，需要15%的NaOH質(zhì)量為:10.5×2×40÷71÷0.15=78.9（kg）。

10.5×2×40÷71÷0.22=53.8（kg）

已知15%的NaOH密度約為1164.05kg/m3,22%的NaOH密度約為1241.1kg/m3，若循環(huán)槽充裝液位為50%，則V×0.5×1164.05=78.9。計算得配制15%的燒堿需循環(huán)槽體積V=0.136m3。

配制22%的燒堿需循環(huán)槽體積為:V×0.5×1241.1=78.9，得V=0.127（m3）。

實際配置的循環(huán)槽容積為28.9m3，可吸收氯氣次數(shù)為:

28.9÷0.136≈212（次）。

28.9÷0.127≈227（次）。

因此配1次堿吸收液使用次數(shù)為212～227次。

3 結(jié)束語

總之，鑒于氯氣毒性強，一旦發(fā)生事故，迅速蔓延，難以處置，對周圍居民及環(huán)境造成較大影響，因此只有充分熟悉其理化性質(zhì)及中毒產(chǎn)生的后果，了解引起氯氣泄漏的原因，才能采取有效的防治措施，將事故控制在萌芽狀態(tài)，遏制次生災(zāi)害的發(fā)生，從而保證整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。