鉀堿生產中重大危險源控制與綜合治理技術

李玉良

（冀中能源邢臺礦業(yè)集團有限責任公司金牛鉀堿分公司，河北邢臺054000）

鉀堿生產中重大危險源控制與綜合治理技術

李玉良

（冀中能源邢臺礦業(yè)集團有限責任公司金牛鉀堿分公司，河北邢臺054000）

通過對氫氧化鉀生產的各個工序進行技術改造，達到了安全生產的目的，同時實現(xiàn)了對重大危險源進行有效監(jiān)控和事故處理的智能化指揮。

重大危險源；氯氣；安全連鎖；監(jiān)控；智能指揮

金牛鉀堿公司以氯化鉀為原料、采用離子膜電解工藝生產氫氧化鉀，是目前國內最大的氫氧化鉀生產企業(yè)之一。生產過程中產生氯氣、氫氣及其他一些危險化學品。其中，氯氣經洗滌、干燥、壓縮、冷凍液化后，灌裝作為商品液氯出售，液氯的貯存按照危險化學品重大危險源辨識GB18218-2009規(guī)定可構成重大危險源；氫氣屬于易燃易爆的危險氣體。

近年來，該公司對生產工藝、過程的安全控制等實施了一系列重大技術改造，產生了很好的效果，為保證安全生產起到了決定性的作用。

1 在鹽水精制工序除氨，消除爆炸隱患

氫氧化鉀的生產工藝首先是將氯化鉀溶解于水中，經過一次鹽水處理、二次鹽水精制，將粗鹽水中的鈣、鎂等雜質離子及有機雜質除去，生產出符合電解槽要求的精鹽水。氯化鉀水溶液經電解生成30%氫氧化鉀、氯氣和氫氣。30%氫氧化鉀進入蒸發(fā)濃縮工序生產成品液堿和片堿；氯氣、氫氣進入氯氫處理工序，氯氣經洗滌、冷卻、干燥后再進行壓縮、冷凍使氯氣液化，在包裝工序裝入鋼瓶或液氯槽車出售，氫氣經洗滌冷卻后壓縮，一部分輸送到蒸發(fā)片堿工序作為氫氣燃燒爐的燃料使用，另一部分用于合成鹽酸。

原料氯化鉀本身及其在儲運過程中往往混入少量的銨鹽、氨及其他有機雜質，有機物的存在會影響鹽水精制所使用的螯合樹脂的功能，必須靠加入氧化劑如次氯酸鉀將其氧化為小分子量的物質，在此過程中也生成氨和銨鹽。若鹽水中的氨和銨鹽較多，則在電解反應中產生三氯化氮：

在電解槽反應中，物料溫度可達87℃以上，氣態(tài)的三氯化氮隨氯氣從陰極側排出，正常情況下，氣相中NCl3的體積分數(shù)小于5%時不會發(fā)生爆炸，但在氯氣液化過程中，由于蒸氣壓的不同，三氯化氮容易發(fā)生富集并存于容器的底部，當質量分數(shù)超過5%時就有爆炸的危險。

使用氯化鉀作為生產氫氧化鉀的原料，在用次氯酸鉀將鹽水中的有機雜質氧化之后，生成的氨溶解、夾帶于粗鹽水中。為了除去鹽水中的氨，設計、安裝了除氨塔，塔內裝滿了塑料填料，鹽水從氨吹除塔上部流入，下部通過離心式脫氨風機向塔內鼓風，鼓風量為3 500m3/h，鹽水中的氨就被吹出來，有效地除去了鹽水中的氨?？刂汽}水中總銨含量為30×10-6以下，滿足了電解槽對進槽鹽水的質量要求，也使鹽水在電解過程中產生的三氯化氮量大大減小，極大地提高了生產的安全性。

2 加強液氯容器中三氯化氮的分析監(jiān)控、定期排放并進行無害化處理

氯氣液化工序的液氯分離器及液氯中間槽底部安裝有排污閥，為了防止三氯化氮在容器底部富集，每天對液氯容器進行一次排污，每周對容器底部的排污進行一次分析化驗，把三氯化氮質量濃度嚴格控制在60 g/L以下。定期排污可以排出容器底部可能累積的三氯化氮，將其排到排污槽中，并用氫氧化鈉堿液中和進行無害化處理，NCl3遇堿迅速分解，反應式為：

這樣就避免了由于三氯化氮的富集而引起的爆炸事故。

3 在電解過程中設置安全連鎖

離子膜氫氧化鉀的生產過程高度自動化，采用了日本橫河電機株式會社生產的DCS控制系統(tǒng)。為了確保生產過程的安全，設置了若干緊急連鎖。

（1）氯氣透平機和電解槽整流供電之間的正反連鎖。

處于正常運行的氯壓機由于電源故障、雷擊、機械故障等多種原因可能突然停車。為了防止氯氣管道壓力突然增大而發(fā)生泄漏，保證氯氣系統(tǒng)的安全，設置的連鎖功能將立即停止整流系統(tǒng)對電解槽的供電，使電解槽停止運行，稱為正連鎖。同樣，在正常生產中整流系統(tǒng)也有可能因各種原因停車，此時連鎖裝置將立即切斷氯氣透平機和氫氣壓縮機的供電，氯氣透平機、氫壓機停止運行，以保護離子膜等設備的安全，成為反連鎖，之后啟動正連鎖。電解工序與氯氫處理工序的正反連鎖，對生產的安全運行有極其重要的作用。

（2）氯氣系統(tǒng)壓力、電解槽壓差的連鎖。當氯氣總管壓力增大時，為了保證安全，若壓力超過設定值（例如，該公司老氯氣系統(tǒng)為70 kPa）,則電解槽連鎖停車，同時啟動尾氣風機對氯氣進行無害化處理；若電解槽的陽極室與陰極室的壓差超過設定值（例如，連公司老系統(tǒng)正壓差35 kPa、負壓差-5 kPa），則電解槽連鎖停車以保護離子膜不受損壞。

（3）陰極液泵、陽極液泵與電解槽的連鎖。在復極式強制循環(huán)電解工藝中，陰極液泵、陽極液泵任何一臺停運，電解槽都會被連鎖停車，以防止壓差過大損壞離子膜。

（4）槽電壓連鎖。為了保證電解槽的安全運行，還設置了槽電壓連鎖。若槽電壓超過設置的最高值，則報警、連鎖停車，以防止電解槽繼續(xù)運行而可能產生的槽框爆炸危險。

4 對非正常生產中的氯氣用堿液吸收進行無害化處理

在電解槽及氯氫處理系統(tǒng)正常安全生產時，氯氣總管保持一定的壓力。為了防止氯氣總管壓力突然增大而出現(xiàn)安全事故，在氯氣總管上連通1根通往尾氣處理工序的管路，一旦氯氣總管壓力超過設定值，則通往尾氣處理管路上的閥門自動打開，多余的氯氣去尾氣處理工序進入尾氣吸收填料塔的下部，氫氧化鈉水溶液從尾氣吸收塔上部往下噴淋，與氯氣在塔內形成逆流，氯氣被氫氧化鈉水溶液吸收進行無害化處理，反應如下：

由于反應是放熱反應，必須及時移走反應熱。尾氣處理采用兩級吸收塔串聯(lián)操作。當氯氣總管壓力恢復正常時，則通往尾氣處理的自動閥關閉恢復正常生產。另外，當電解槽開停車時，產生的氯氣因純度不高也可以進入尾氣處理工序進行無害化處理再排空。

5 氯氣尾氣處理工序備用EPS應急電源

氯氣尾氣無害化處理有備用的EPS應急電源。EPS應急電源由互投裝置、自動充電機、逆變器及蓄電池組等組成。在交流電網正常時，逆變器不工作；當交流電網突然停電時，互投裝置立即投切至逆變電源供電；當電網電壓恢復時，應急電源恢復為電網供電，這樣就保證了在突然停電時尾氣處理工序的電器仍能繼續(xù)工作，本工序正常運行，將氯氣管道中的氯氣完全用氫氧化鈉溶液吸收進行無害化處理，確保沒有氯氣泄漏到環(huán)境中。

6 對液氯包裝工序實施自動化充裝改造

原來液氯充裝系統(tǒng)為手動操作，每個液氯鋼瓶的充裝重量為990（±1）kg，在實際生產過程中，手動操作不易控制充裝量且勞動強度大，易發(fā)生因操作失誤導致的氯氣泄漏事故。將原充裝方式改為自動充裝，利用PLC自動控制技術和氣動裝置，可自動、準確地控制充裝量，防止過量充裝，從而保證了準確、安全的液氯充裝，同時大大方便了液氯鋼瓶的檢驗，也有利于鋼瓶的檔案管理，從根本上消除了人為操作事故。

7 氫氣燃燒爐采取點爐及運行自動化連鎖保護

（1）燃燒爐點火及運行均靠PLC自動控制，控制系統(tǒng)能夠自動調節(jié)空氣和氫氣的配比，保證燃燒爐安全運行。當氫氣壓力或助燃空氣壓力分別低于其設定值時，系統(tǒng)能夠自動報警，控制程序將關閉氫氣自動閥及助燃空氣自動閥，停止向爐內供氣，燃燒爐火焰熄滅以保證燃燒爐的安全。故障排除之后才可以重新點爐，使燃燒爐重新在正常狀態(tài)下運行。

（2）燃燒爐上裝有紫外光火焰探測器。當燃燒爐異常停止運行導致火焰熄滅時，探測器因探測不到紫外光而報警，PLC自控系統(tǒng)將自動切斷氫氣閥門、助燃空氣閥門，停止向爐內供氣，保證燃燒爐的安全。

8 建立重大危險源監(jiān)控及事故處理智能指揮系統(tǒng)

本系統(tǒng)是以氯氣等危險化學品的安全監(jiān)控和事故智能化處理為目的，將工藝、安全、多媒體、自動控制等多方面先進技術整合而形成的綜合監(jiān)控指揮系統(tǒng)。

通過建立廠區(qū)的三維場景模型和電子地圖，可以監(jiān)視全廠各個工序的安全生產情況?，F(xiàn)場安裝有危險氣體報警儀，當氯氣或氫氣的泄漏達到報警值時，報警信號就通過DCS系統(tǒng)傳輸?shù)街骺囟嗝襟w計算機上，可以在電子地圖上看到相應的工序有報警燈光閃爍，還可以以聲音信號的形式提醒。這種監(jiān)控可實現(xiàn)對整個生產廠區(qū)的無縫隙覆蓋，及時告知危險氣體泄漏的具體地點。

該系統(tǒng)成功地整合了金牛鉀堿公司的“事故處理應急預案”。對每一個DCS輸入點，在系統(tǒng)軟件的管理員界面中進行設置DCS監(jiān)測點的名稱及所屬預案。這樣，當某一路DCS輸入報警時，系統(tǒng)會自動切換至此路信號所對應的預案，同時模型上對應的報警位置所在地點的燈光會閃爍，以多種信號形式顯示處理步驟及逃生路線，極大地提高了事故的判斷速度及處理能力。平時，在觸摸屏上還可方便地調出各事故性質應急預案、實時監(jiān)控圖像和歷史記錄。

通過自動控制系統(tǒng)進行遠程操作。例如，當氯氣儲罐發(fā)生泄漏時，氯氣儲罐室采用卷簾門自動關閉系統(tǒng)，堿液自動噴淋系統(tǒng)，氯氣泄漏自動報警系統(tǒng)。所有這些可以通過遠程操作避免操作人員直接進入危險區(qū)域，避免了對人的傷害，還能及時發(fā)現(xiàn)和處理事故隱患。

M ajor hazard control in potash production and comprehensive technology

LIYu-liang
(Tauras Potash Company,JZEGXingtaiMiningGroup Co.,Ltd.,Xingtai054000,China)

The purpose of production safetywas achieved by a series of technology innovation in the various processes of potassium hydroxide production,while the effective monitoring of major hazard and the intelligence command of incidenthandlingwere realized.

majorhazard;chlorinegas;safety chain;monitoring;intelligence command

book=28,ebook=264

TQ086.3

B

1009－1785(2010)11－0028-03

2010-06-17