乙炔清凈次鈉多級(jí)配制系統(tǒng)安全升級(jí)改造分析

梁愛華

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“氯堿公司”）現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能53萬(wàn)t/a，PVC產(chǎn)能43.5萬(wàn)t/a、專用樹脂產(chǎn)能7萬(wàn)t/a。氯堿公司現(xiàn)采用電石法制備乙炔氣工藝，該工藝在行業(yè)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟可靠，但根據(jù)十幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和效果分析，依然存在影響安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的不利因素。近年來，氯堿行業(yè)各層次技術(shù)管理人員致力于探究乙炔氣工藝系統(tǒng)的節(jié)能、安全、環(huán)保方面設(shè)備升級(jí)和技術(shù)改造，不斷提升乙炔氣生產(chǎn)的安全等級(jí)和經(jīng)濟(jì)效益，為氯堿行業(yè)的綠色安全可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

1 背景分析

現(xiàn)有氯乙烯制備工藝系統(tǒng)中，乙炔氣與燒堿系統(tǒng)產(chǎn)生的氯化氫在含汞觸媒的轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化為氯乙烯。其中，乙炔氣是通過原料電石在發(fā)生器中遇水產(chǎn)生的，同時(shí)，發(fā)生器產(chǎn)生的粗乙炔氣中夾雜硫化氫和磷化氫，此類雜質(zhì)氣體一方面會(huì)使含汞觸媒中毒，產(chǎn)生不可逆的吸附，破壞其活化性能，大大降低氯乙烯的轉(zhuǎn)化效率，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；另一方面，磷化氫（特別是P2H4）自燃點(diǎn)低，夾雜在乙炔氣中易造成安全事故，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。故粗乙炔氣需要通過清凈系統(tǒng)，利用次氯酸鈉的強(qiáng)氧化性，對(duì)雜質(zhì)氣硫化氫、磷化氫進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成高價(jià)態(tài)酸根的形式，進(jìn)而從粗乙炔氣中徹底除去。

乙炔清凈工序的次氯酸鈉配制濃度會(huì)直接影響清凈效果及安全性能，通常用有效氯來表征次氯酸鈉的配制指標(biāo)，有效氯應(yīng)控制在0.085%～0.120%，pH值在7.0～8.0。有效氯含量若超0.150%，則會(huì)釋放游離氯，與乙炔接觸反應(yīng)劇烈引起爆炸，直接危害生產(chǎn)安全運(yùn)行。近年，為了解決廢次氯酸鈉水回收乙炔氣并回用廢水問題，氯堿公司對(duì)乙炔清凈次氯酸鈉的配制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改造，參照行業(yè)做法，通過回收廢次氯酸鈉中的乙炔氣，并進(jìn)一步處理后將大部分（85%）廢次鈉水安全回用于次氯酸鈉配制，即由原來的濃次氯酸鈉與水直接混合的一級(jí)配制，改造為濃次氯酸鈉與水配成1%，再由1%稀釋次鈉與脫除乙炔后的廢次鈉混合而成的多級(jí)配制，降低了原料電石消耗，同時(shí)節(jié)約了用水成本。下面將從工藝安全角度進(jìn)行闡述，分析乙炔清凈次氯酸鈉多級(jí)配制工藝的安全性能，探索出進(jìn)一步提高裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠措施，并進(jìn)行改造。

2 次鈉多級(jí)配制工藝流程及系統(tǒng)分析

2.1 一級(jí)配制流程

次鈉配置水罐中的生產(chǎn)水由提升泵經(jīng)雙流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥送至一級(jí)文丘里反應(yīng)器的注水口，同時(shí)濃次氯酸鈉在儲(chǔ)罐中由濃次鈉泵經(jīng)雙流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥送至一級(jí)文丘里反應(yīng)器的加料口，經(jīng)過流量比串級(jí)控制，生產(chǎn)水和濃次氯酸鈉在反應(yīng)器中配制成1%次氯酸鈉溶液，隨后進(jìn)入1%次鈉儲(chǔ)槽。

2.2 二級(jí)配制流程

1%次氯酸鈉在儲(chǔ)槽中經(jīng)提升泵經(jīng)雙流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥送至二級(jí)文丘里反應(yīng)器的加料口，同時(shí)，清凈廢次鈉經(jīng)負(fù)壓閃蒸除去乙炔氣后，再經(jīng)冷卻系統(tǒng)加壓后經(jīng)雙流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥送至二級(jí)文丘里反應(yīng)器的注水口，經(jīng)過流量比串級(jí)控制，廢次鈉和1%濃次氯酸鈉在反應(yīng)器中配制成0.085%～0.120%的稀次鈉溶液，然后自流至次鈉儲(chǔ)槽。次氯酸鈉多級(jí)配制流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 次氯酸鈉多級(jí)配制流程簡(jiǎn)圖

2.3 工藝系統(tǒng)分析

次氯酸鈉一級(jí)配制流程中，如2FV-1301控制回路故障，閥門全開，則會(huì)造成濃次鈉泵上料過多，直接影響二級(jí)次氯酸鈉配制的濃度?，F(xiàn)有流程中已經(jīng)設(shè)置流量計(jì)的聲光報(bào)警系統(tǒng)，但依然會(huì)造成進(jìn)清凈系統(tǒng)的稀次氯酸鈉濃度超標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)，過量游離氯與乙炔氣混合有造成爆炸和人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，次氯酸鈉二級(jí)配制流程中，如廢次鈉2FV-1305控制回路故障，閥門誤關(guān)閉，也會(huì)使1%次鈉直接進(jìn)入次鈉儲(chǔ)槽，清凈次鈉指標(biāo)異常，造成過量游離氯與乙炔混合造成爆炸和人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)。雖然雙流量計(jì)控制均有流量高報(bào)警，但考慮到操作人員處理不及時(shí)等不可控因素，安全和不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)依然不可消除。所以，對(duì)乙炔清凈次氯酸鈉多級(jí)配制的工藝流程及控制進(jìn)行合理的分析和優(yōu)化迫在眉睫。

3 工藝流程及控制系統(tǒng)優(yōu)化

為消除乙炔清凈次氯酸鈉多級(jí)配制的工藝流程及控制中的風(fēng)險(xiǎn)因素，氯堿公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)協(xié)同資質(zhì)單位，通過危險(xiǎn)與可操作性及保護(hù)層分析，對(duì)整個(gè)次氯酸鈉多級(jí)配制系統(tǒng)進(jìn)行3個(gè)節(jié)點(diǎn)的劃分，即廢次鈉供料、次鈉一級(jí)配制和次鈉二級(jí)配制，分析每個(gè)工藝單元和操作步驟中，因工藝設(shè)計(jì)的偏差所造成的危險(xiǎn)和可操作性問題，并對(duì)可直接測(cè)量的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、濃度等，定性識(shí)別出危害等級(jí)，提出并分析確定有足夠保護(hù)層的防止措施和減緩措施。

防止措施是防止一個(gè)或多個(gè)事故點(diǎn)的發(fā)生，如指示、報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖、操作規(guī)程等；減緩措施作用是減小事故點(diǎn)造成后果的嚴(yán)重程度。技術(shù)團(tuán)隊(duì)本著從工藝本質(zhì)安全的角度進(jìn)行深入分析，確定進(jìn)一步提高裝置本質(zhì)安全水平的措施，使整個(gè)次氯酸鈉多級(jí)配制系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)程度降到較低水平。

綜合分析2.3中的工藝流程和安全風(fēng)險(xiǎn)，總結(jié)提出了一系列消減爆炸和人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)防控措施。即一級(jí)配制中，增加濃次鈉流量計(jì)二選二高高報(bào)警，DCS聯(lián)鎖停次鈉配制水泵和濃次鈉泵的聯(lián)鎖措施。二級(jí)配制中，1%次氯酸鈉泵出口新增切斷閥，1%次氯酸鈉雙流量計(jì)二選二高高或低低報(bào)警，DCS聯(lián)鎖關(guān)閉1%次氯酸鈉新增切斷閥，多級(jí)配制切斷系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)圖見圖2；同時(shí)，為降低配制系統(tǒng)安全等級(jí)至較低水平，增加廢次鈉管線DCS和SIS應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)，多級(jí)配制應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)圖見圖3。此外，應(yīng)急水管網(wǎng)補(bǔ)水切斷閥在SIS中加設(shè)緊急停車按鈕，緊急狀況下操作人員應(yīng)急響應(yīng)，也作為應(yīng)急措施的一部分。

圖2 多級(jí)配制切斷系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)圖

圖3 多級(jí)配制應(yīng)急補(bǔ)水系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)圖

應(yīng)急補(bǔ)水分為DCS系統(tǒng)穩(wěn)定和SIS安全2種模式，一是為維持生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的生產(chǎn)水管網(wǎng)補(bǔ)水，即在廢次鈉泵出現(xiàn)故障無法提供二級(jí)配制的稀釋水時(shí)，由生產(chǎn)水管網(wǎng)直接聯(lián)鎖打開補(bǔ)水切斷閥，及時(shí)供應(yīng)稀釋用水，降低次鈉儲(chǔ)槽濃度超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；二是為進(jìn)一步阻止運(yùn)行事故狀態(tài)下安全風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大，在應(yīng)急水管網(wǎng)（消防用水）中增加SIL2等級(jí)切斷閥，與廢次鈉管線所在壓力形成控制回路，回路安全等級(jí)為SIL2，可在稀釋水系統(tǒng)和生產(chǎn)水管網(wǎng)均為故障狀態(tài)下，阻止游離氯含量超標(biāo)的次鈉進(jìn)入乙炔清凈系統(tǒng)，避免爆炸等安全事故的發(fā)生。

其中，SIS補(bǔ)水聯(lián)鎖系統(tǒng)在試運(yùn)行期間出現(xiàn)SIL2等級(jí)的壓力表顯示為低值，即接近于零或負(fù)值，造成SIS補(bǔ)水聯(lián)鎖系統(tǒng)無法順利投用。經(jīng)過氯堿公司專業(yè)技術(shù)分析得出，因文丘里設(shè)備的特殊性，壓力表安裝位置與設(shè)備較近，后期將擇機(jī)將SIL2等級(jí)壓力表改造為SIL2等級(jí)流量計(jì)，再與補(bǔ)水閥進(jìn)行聯(lián)鎖，可直接解決此項(xiàng)問題。

4 綜合效益及結(jié)語(yǔ)

通過危險(xiǎn)與可操作性分析，對(duì)次氯酸鈉多級(jí)配制系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別后，消除了因設(shè)計(jì)缺陷或儀表故障等因素造成的風(fēng)險(xiǎn)。通過乙炔清凈次氯酸鈉多級(jí)配制系統(tǒng)工藝和控制優(yōu)化，提高工藝系統(tǒng)安全等級(jí)和本質(zhì)安全水平，一定程度上為乙炔清凈系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。乙炔清凈為事故多發(fā)工序，在追尋經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，應(yīng)更加關(guān)注其系統(tǒng)的安全性能，深入挖掘分析不利于安全生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)因素，通過對(duì)工藝及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，切實(shí)推進(jìn)企業(yè)和氯堿行業(yè)健康發(fā)展。