氯化氫氣體長距離輸送項目總結

黨增琦，熊 磊，李凌燕

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719000）

氯化氫氣體長距離輸送項目總結

黨增琦，熊 磊，李凌燕

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719000）

介紹了氯化氫氣體干燥及長輸項目相關情況，該項目的氯化氫氣體長輸管道、氯化氫氣體干燥裝置以及管道配套安全保護措施，為氯堿行業(yè)氯化氫氣體長距離輸送提供了技術案例。

氯化氫長輸管道；氯化氫干燥；安全保護措施

陜西北元化工集團股份有限公司原化工一分公司（現(xiàn)為化工分公司PVC二分廠，以下簡稱“化一”），原設計生產(chǎn)規(guī)模為10萬t/a聚氯乙烯裝置，配套8萬t/a隔膜燒堿生產(chǎn)裝置，于2004年11月建成投產(chǎn)。依托榆林地區(qū)豐富的煤炭和原鹽資源優(yōu)勢，公司堅持規(guī)模化、多元化、一體化的發(fā)展模式，在10萬t/a聚氯乙烯項目穩(wěn)定運行的基礎上，2012年建成了100萬t/a聚氯乙烯循環(huán)綜合利用項目（以下簡稱“化二”）?，F(xiàn)有裝置包括110萬t/a聚氯乙烯、88萬t/a燒堿裝置、4×125 MW熱電裝置和220萬t/a工業(yè)廢渣再利用水泥裝置。

由于化一與化二之間相距6 km左右，為了充分發(fā)揮循環(huán)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，通過構建關聯(lián)物料的輸送設施，實現(xiàn)化一與化二經(jīng)濟效益最大化，將其項目的蒸汽、精鹽水用管道輸送至PVC生產(chǎn)裝置，并將化一隔膜蒸發(fā)的淡鹽水送至化二用于注井、采鹵。

2015年，根據(jù)國家《產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整指導目錄》（2011年版本），要求隔膜燒堿生產(chǎn)裝置必須在2015年年底前退出市場，為了響應國家淘汰落后產(chǎn)能的政策，公司對原隔膜燒堿生產(chǎn)裝置實施了關停，保留原VCM轉(zhuǎn)化、PVC和公用工程等生產(chǎn)裝置，所缺少的氯化氫由化二的80萬t/a離子膜燒堿裝置提供，但需要解決的首要問題就是實現(xiàn)氯化氫氣體的長距離安全輸送問題。經(jīng)過多方論證、技術方案討論最終成功解決了該問題。為此，從氯化氫干燥、氯化氫氣體長距離輸送及安全防護措施方面對氯化氫氣體長距離安全輸送項目進行總結，為氯堿行業(yè)今后氯化氫氣體長距離輸送提供成功案例。

1 長輸管道確定

1.1 管道材質(zhì)選擇

由于氯化氫氣體本身具有強腐蝕性、強酸性，可灼傷，怕遇堿，怕見水，能與許多金屬和金屬的氧化物起作用，能與堿中和。因此，氯化氫氣體輸送管道在微正壓情況下，一般會選用聚四氟乙烯、鋼襯四氟、鋼襯橡膠材質(zhì)管道，有的企業(yè)可能還會選擇增強PE管道、鋼骨架PE管道，甚至碳鋼材質(zhì)管道等。但本項目在間距6 km左右的生產(chǎn)裝置間進行?？紤]輸送過程克服管道阻力損失、管道要有較好的強度、剛度，還要減少輸送管道上的泄漏點，經(jīng)與設計院、金屬材料研究院相關技術人員分析討論，確定采用碳鋼，但前提是需將氯化氫氣體含水控制在100×10-6以內(nèi)。

1.2 氯化氫長距離輸送管道改造

化一10萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)所需的氯化氫氣體的流量與壓力為：氯化氫氣體輸送量為8 000 kg/h，以氯化氫氣體流速為10～12 m/s，VCM合成工序壓力0.04～0.06 MPa（根據(jù)乙炔壓力確定，由輸送管道上增加的壓力調(diào)節(jié)閥最終調(diào)節(jié)，初步定為0.045MPa）。經(jīng)過計算，氯化氫氣體輸送管道的管徑至少應該為DN350。與裝置間現(xiàn)有蒸汽管線（蒸汽管道材質(zhì)為20#，?426×7無縫管道，總長度約 6 km）相差不大，經(jīng)過詳細計算、論證后確定方案可行，因此對原有蒸汽輸送管道進行如下改造。

（1）原蒸汽管道。材質(zhì)為20#，?426×7無縫管道，總長度約6 km。該管道是根據(jù)原始地貌沿市政排洪渠低空架設，跨路段地下廊道安裝，每50 m設1個固定支座，其余為滑動支座，同時為了滿足蒸汽的膨脹量，共安裝了59個波紋膨脹器和26個π型補償器，而輸送氯化氫氣體不需要這么多的補償，補償過多反而增大了管道的阻力，補償器同時也增加了泄漏點。

（2）改造方案。對原有管道上補償器進行了拆除，用新管道焊接連接，增加從舊管道至新裝置之間的管道約800 m。同時，對原管道壁厚進行了測量，將壁厚不符合要求的管道進行替換，對安裝完工的管道按照規(guī)范進行焊縫檢測、沖洗、試壓等。

2 氯化氫干燥及壓縮裝置

2.1 氯化氫供氣方案

化二80萬t/a離子膜燒堿裝置氯化氫生產(chǎn)裝置共24臺合成爐，滿足80萬t/a離子膜燒堿生產(chǎn)裝置僅需要20臺，每條線有1臺合成爐作為備用，而化一PVC裝置的氯化氫供應只需要2臺合成爐即可滿足，即由任意2條生產(chǎn)線中的6#合成爐供給，剩余2臺合成爐作為化一PVC裝置和化二80萬t/a離子膜燒堿裝置的備用設備。為了滿足化一10萬t/a聚氯乙烯生產(chǎn)氯化氫氣體的流量要求，需對化二80萬t/a離子膜燒堿裝置氯化氫生產(chǎn)裝置設4條線管道進行改造，改造示意圖見圖1。

2.2 氯化氫干燥工藝

為了滿足化一PVC生產(chǎn)裝置所需氯化氫氣體的長輸要求，且保證氯化氫氣體含水在100×10-6以內(nèi)，該公司計劃新建1套氯化氫干燥及壓縮裝置。氯化氫干燥工藝冷凍鹽水冷卻+填料塔+泡罩塔濃硫酸工藝，具體流程如下。

自合成爐產(chǎn)生的濕氯化氫氣體進入氯化氫干燥裝置后，先經(jīng)石墨換熱器，在換熱器中冷卻到-15℃，然后再用循環(huán)水升溫至10℃以上，此時氯化氫氣體含水量400×10-6。接下來進入填料干燥塔和泡罩干燥塔進行干燥，干燥劑使用98%的濃硫酸，最后再經(jīng)過酸霧捕集器進入氯化氫壓縮機，壓縮采用三級壓縮，通過中間冷卻器換熱，根據(jù)氯化氫壓縮機入口，含水量要求小于100×10-6，設計氯化氫干燥裝置干燥后氯化氫含水量為100×10-6。氯化氫氣體經(jīng)干燥后，經(jīng)由壓縮機加壓至0.3 MPa，輸送至10萬t/a聚

氯乙烯合成工序使用。

2.3 氯化氫壓縮方案的選擇

目前，氯化氫輸送設備有2種形式：液環(huán)泵和離心式壓縮機。液環(huán)泵對氯化氫中含水量要求不苛刻，但動力消耗大、輸送量小、出口氯化氫壓力低，適于生產(chǎn)規(guī)模在5萬t/a PVC能力以下的氯化氫輸送。透平式壓縮機（離心式）具有輸送量大、排氣壓力較高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作環(huán)境較好等優(yōu)點。該設備能量消耗與同氣量液環(huán)泵相比節(jié)電50%，但要求氯化氫含水量小于100×10-6，適于5萬t/a PVC規(guī)模以上的裝置輸送氯化氫。

氯化氫壓縮機選用離心式壓縮機。擬選用的壓縮機參數(shù)如下：吸氣壓力0.03 MPa·G；排氣壓力0.45 MPa·A；介質(zhì)為 HCl氣體；流量 4 880 Nm3/h；電機功率200 kW。

3 安全保護措施

由于該條管線跨市政區(qū)域，周邊為交通運輸要道，如果發(fā)生泄漏，將會產(chǎn)生不可估量的安全環(huán)保事故，為確保氯化氫氣體長距離輸送的安全性和可靠性，該公司委托相關方進行了多方面充分的論證，進行詳細的安全設施的設計。

圖1 氯化氫氣體干燥輸送項目合成爐改造示意圖

3.1 氯化氫氣體壓力、流量控制措施

氯化氫氣體壓縮機出口壓力通過設置回流調(diào)節(jié)，保證氣體壓力和流量平穩(wěn)。壓縮機在設定好參數(shù)后，以穩(wěn)定的流量輸送氯化氫氣體，通過流量計來實時監(jiān)測流量變化。氯化氫氣體在進入合成工序前，通過壓力調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)氯化氫氣體的壓力，以滿足氯化氫和乙炔2種氣體混合的要求，乙炔氣體總管上的調(diào)節(jié)閥則用于調(diào)節(jié)乙炔氣體流量，以控制二者的混合比。

3.2 氯化氫氣體吸收裝置

該吸收處理裝置主要為處理異?；驒z修狀況下管道中殘余的氯化氫氣體，而化一和化二均有現(xiàn)成的氯化氫氣體吸收裝置（見圖2），一旦發(fā)生泄漏或者停車檢修，便可從管道兩端分別吸收管道中的氯化氫氣體生產(chǎn)鹽酸，同時在管道兩端設置氮氣置換管線，便于緊急情況下的管道置換。

經(jīng)核算，現(xiàn)有氯化氫氣體吸收的風機風量不需要增大，使用方法如下：在管道發(fā)生泄漏時，停運壓縮機，開啟吸收裝置，打開去吸收裝置的閥門，關閉輸送閥門，將管道中的氯化氫氣體送至氯化氫吸收處理裝置，待檢測管道中氯化氫含量及系統(tǒng)含氫符合標準后，檢修處理漏點。計劃檢修操作同上。

圖2 氯化氫氣體吸收裝置簡圖

3.3 聯(lián)鎖急停安全措施

由于增加了供化一聚氯乙烯裝置的氯化氫合成爐和氯化氫氣體干燥、壓縮輸送裝置，因此，相應的安全聯(lián)鎖也要同步增加。

3.3.1 新增聯(lián)鎖

（1）在化二燒堿4條線的6#氯化氫合成爐分別增加與其他合成爐聯(lián)鎖方案一致的聯(lián)鎖設置；

（2）增加氯化氫壓縮機故障聯(lián)鎖；

（3）增加氯化氫干燥及輸送裝置與化一PVC裝置和化二80萬t/a離子膜燒堿裝置前后工序關聯(lián)聯(lián)鎖。

3.3.2 聯(lián)鎖動作

（1）當化二80萬t/a燒堿裝置離子膜電解、氯氫處理工序執(zhí)行氯化氫DCS緊急停車操作及氯化氫界內(nèi)（包括氯化氫干燥裝置）等發(fā)生故障時，即氯化氫和氯化氫工序前發(fā)生故障時，新增裝置聯(lián)鎖停車，同時，化一聚氯乙烯裝置合成、乙炔、聚合工序聯(lián)鎖停車，化二80萬t/a離子膜燒堿裝置聯(lián)鎖按現(xiàn)有執(zhí)行。

（2）當化二80萬t/a離子膜燒堿裝置氯化氫后序工序發(fā)生故障時，及時將合成爐生產(chǎn)的氯化氫氣體導入吸收系統(tǒng)生產(chǎn)鹽酸，同時，提高氯氣液化裝置的生產(chǎn)負荷，如果還不能平衡所生產(chǎn)的氯氣，則降低電解的生產(chǎn)負荷以維持系統(tǒng)物料平衡。

（3）當化一聚氯乙烯裝置合成后序工序發(fā)生故障時，則氯化氫壓縮機停運，合成爐所產(chǎn)的氯化氫氣體及時導入吸收系統(tǒng)生產(chǎn)鹽酸，調(diào)度根據(jù)實際情況安排生產(chǎn)產(chǎn)酸、氯氣或降低電解負荷。

3.4 通信保障措施

在化一聚氯乙烯裝置合成工序DCS控制室與化二80萬t/a離子膜燒堿裝置氯化氫干燥工序DCS控制室安裝了直通電話，方便操作人員之間的生產(chǎn)聯(lián)絡。

3.5 增加氯化氫輸送管道防撞設施

由于氯化氫氣體輸送管道有一段沿排洪渠邊1.5 m處敷設，與園區(qū)道路僅1個排洪渠相隔，一旦有車輛失控沖入排洪渠，勢必會造成氯化氫管道破損致使氣體發(fā)生泄漏。因此，在距離排洪渠防撞墻約1 m處，增加鋼防撞護欄和重點部位增加防撞墻作為安全保障，并粘貼警示反光條。

3.6 增加氣體泄漏報警儀

為了確保氯化氫氣體長輸管道出現(xiàn)泄漏時，操作人員能及時獲取泄漏信息，以便及時有效的控制氯化氫氣體擴散給周邊人員及環(huán)境造成的影響，在該輸送管道沿途幾點敏感區(qū)域安裝了氣體泄漏檢測報警儀并實現(xiàn)在線監(jiān)控。

3.7 編制應急預案并實施演練

為了確保在氯化氫氣體泄漏事故狀態(tài)下有條不紊的處理問題，使事故控制在受控范圍內(nèi)，避免造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染，根據(jù)可能發(fā)生的事故，編制相應的應急處置方案，并定期進行演練。

3.8 設立警示告知牌

為了提高周邊過往行人的安全防范意識，特別在氯化氫輸送管線上每隔10 m噴涂氯化氫標識，并每隔200 m設立警示告知牌，將氯化氫的理化性質(zhì)、危害、緊急情況下的聯(lián)系方式進行告知，提高了園區(qū)過往行人的安全防范意識。

4 結果與討論

氯化氫氣體長距離輸送項目于2015年5月建成投運，通過近18個月的運行，該套裝置從安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟性方面都達到了公司預期，整體運行狀況良好。

（1）化二氯化氫氣體采用4條生產(chǎn)線中的任意2臺6#合成爐向化一供應氯化氫，提高了合成爐調(diào)節(jié)的靈活性和氯化氫供應的穩(wěn)定性。

（2）氯化氫干燥方案采用冷凍鹽水，冷卻后采用填料塔、泡罩塔用濃硫酸干燥，氯化氫經(jīng)壓縮機壓縮后利用原有蒸汽管道輸送至原化一合成工序。該干燥、輸送方案經(jīng)濟性、安全性最佳，是國內(nèi)首套氯化氫長距離輸送裝置。

（3）為確保聯(lián)動生產(chǎn)后氯化氫長輸管道連接的系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，增加了氯化氫壓力、流量控制措施、氯化氫故障吸收措施、裝置聯(lián)鎖安全措施、安裝直通電話、防撞護欄、防撞墻以及氣體報警儀等多項安全保護措施，并已通過了安全風險評價。

（4）通過將氯化氫氣體長輸給原化一，使得氯化氫的完全成本由1 026元/t降至901元/t（由化二供應的氯化氫氣成本為751元/t，化一生產(chǎn)的氯化氫氣成本為1 026元/t?？紤]到氯化氫干燥輸送的費用，加價20%，則化二供給化一的氯化氫氣進PVC成本的價格為=901元/t，與原裝置相比，每年降低生產(chǎn)成本約600萬元。另外，根據(jù)向原化一供應氯化氫流量計算，氯化氫合成爐副產(chǎn)蒸汽流量約4 t/h，每年副產(chǎn)蒸汽約32 000 t，按75元/t計算，每年副產(chǎn)蒸汽所產(chǎn)生的利潤約240萬元，以此每年節(jié)約費用約840萬元。

Summary of long distance transportation project of hydrogen chloride gas

DANG Zeng-qi，XIONG Lei，LI Ling-yan

（Shaanxi Beiyuan Chemical Group Co.,Ltd.,Yulin 719000，China）

This paper describes the dry hydrogen chloride gas and transportation project related situation，mainly introduced the project of hydrogen chloride gas pipeline，hydrogen chloride gas drying device and the pipeline necessary safety protection measures for chlor alkali industry，hydrogen chloride gas long distance transportation technology case.

long distance hydrogen chloride pipeline；hydrogen chloride drying；safety protection measures

TQ055.8+1

B

1009－1785(2017)11-0011-04

2017-08-14