廢氯氣處理裝置技術(shù)改造

劉延安 ，張國奇，張隆剛

(陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團(tuán)股份有限公司(簡稱“北元化工”)擁有80萬t/a離子膜燒堿規(guī)模，引進(jìn)意大利伍德迪諾拉公司復(fù)極式自然循環(huán)電解槽，系統(tǒng)分為A、B、C、D 4條生產(chǎn)線。A、B生產(chǎn)線共用1套廢氯氣處理裝置，C、D生產(chǎn)線共用1套廢氯氣處理裝置。這2套裝置處理整個(gè)氯堿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氯氣，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對氯堿生產(chǎn)尤為重要。以下內(nèi)容均以北元化工的氯堿裝置為例。

1 工藝原理及流程簡介

1.1 廢氯來源

氯貫穿整個(gè)氯堿生產(chǎn)過程，均來源于電解工序，未被有效利用或所不期望而產(chǎn)生的氯稱之為“廢氯”。正常生產(chǎn)時(shí)，廢氯來自脫氯后淡鹽水罐、陽極液卸料罐、氯氣總管正負(fù)水封、氯氣壓縮機(jī)密封氣、氯處理稀硫酸罐、液氯充裝等工序或裝置，以上過程產(chǎn)生廢氯量較少。生產(chǎn)系統(tǒng)異常時(shí)，氯氣總管全部氯氣均需送廢氯氣處理裝置進(jìn)行處理，主要包含電解、氯氣處理、氯化氫合成氯氣總管，以及氯氣設(shè)備設(shè)施安全閥泄壓氯氣[1]。

1.2 廢氯處理生產(chǎn)工藝原理

廢氯氣處理裝置采用兩級吸收工藝，廢氯氣進(jìn)入吸收塔，與噴淋而下的堿液逆向接觸，廢氯氣與堿液充分反應(yīng)，生成次氯酸鈉(反應(yīng)方程式如式①)，然后通過次氯酸鈉輸送泵至各用戶和成品罐區(qū)。應(yīng)注意的是：氯氣與高濃度的氫氧化鈉溶液不會產(chǎn)生次氯酸鈉，而會生成氯化鈉、氯酸鈉及水(反應(yīng)方程式如式②)。

①

②

1.3 廢氯處理工藝流程

廢氯在引風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入一級廢氯氣吸收塔下部，由一級塔堿液循環(huán)泵送入一級塔堿液冷卻器，經(jīng)過降溫后的循環(huán)液進(jìn)入塔內(nèi)，自塔上部噴淋而下與廢氯氣逆流接觸迅速吸收，同時(shí)吸收反應(yīng)熱，塔底出來的吸收堿液自流入一級塔堿液循環(huán)槽再經(jīng)泵送回其上部，循環(huán)吸收廢氯氣。二級吸收塔的操作與一級吸收塔的操作類似，從一級吸收塔頂排出來的低濃度廢氯氣連續(xù)進(jìn)入二級廢氯氣吸收塔下部，塔底出來的吸收堿液用二級塔堿液循環(huán)泵送入二級塔堿液冷卻器，換熱降溫后再回到塔內(nèi)，循環(huán)吸收廢氯氣，二級廢氯氣吸收塔尾氣被引風(fēng)機(jī)抽出排空。當(dāng)塔底出來的次氯酸鈉溶液有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)，用次氯酸鈉成品泵將合格的次氯酸鈉溶液送往罐區(qū)。吸收系統(tǒng)所用質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的新鮮堿液由電解堿液和生產(chǎn)水在堿液配制槽中配制而成。堿液高位槽儲存一定量的新鮮堿液，一級、二級循環(huán)堿泵斷電時(shí)，開關(guān)閥會迅速打開，高位槽中的堿液自流入兩級吸收塔內(nèi)由上部噴淋而下與廢氯氣逆流接觸迅速吸收。

廢氯氣處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢氯氣處理工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of waste chlorine treatment

2 廢氯處理裝置運(yùn)行中的問題及解決對策

2.1 一級、二級吸收塔連通改造

廢氯處理裝置在氯堿生產(chǎn)中占有極其重要的作用，屬于安全環(huán)保裝置，需持續(xù)運(yùn)行，隨時(shí)處于應(yīng)急狀態(tài)。原設(shè)計(jì)一級、二級吸收塔為串聯(lián)運(yùn)行方式，如其中一臺塔及附屬設(shè)施需要檢修時(shí)，必須同時(shí)停運(yùn)另一臺吸收塔，造成安全環(huán)保設(shè)施停用，此時(shí)遇停車等異常情況時(shí)，會造成氯氣外逸，給生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的威脅。針對以上情況，北元化工連通一級、二級氯氣吸收塔進(jìn)出口，遇吸收塔或附屬設(shè)施維保檢修時(shí)，可將此塔切出系統(tǒng)，保持另外一臺吸收塔正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 增加有效氯在線檢測儀

廢氯處理裝置吸收塔循環(huán)液為15%燒堿溶液，而衡量燒堿與氯反應(yīng)程度的指標(biāo)為有效氯，一般有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)認(rèn)為反應(yīng)已達(dá)到終點(diǎn)，如繼續(xù)吸收則會造成尾氣跑冒。一般情況下，有效氯采用手工分析控制吸收液反應(yīng)程度，此種方式存在檢測分析不及時(shí)的弊端，如果有大量的廢氯進(jìn)入吸收塔，稍有不慎會吸收過度造成尾氣跑冒，故在廢氯吸收裝置循環(huán)液管線增加有效氯在線分析儀非常必要，可實(shí)現(xiàn)全過程在線檢測吸收液中的有效氯，有效避免因吸收度控制不當(dāng)而造成尾氣跑冒或次氯酸鈉成品不合格的問題。

2.3 循環(huán)堿泵出口管道材質(zhì)更換

原裝置一級、二級吸收塔循環(huán)堿管道為CPVC材質(zhì)，在運(yùn)行過程中時(shí)常出現(xiàn)焊縫及本體滲漏問題，甚至出現(xiàn)了管道斷裂問題，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)極大威脅著崗位人員的人身安全。根據(jù)吸收液的工藝條件及物化性質(zhì)，將吸收塔循環(huán)堿管線由CPVC材質(zhì)更換為鈦材質(zhì)管線，改造后完全解決了管線泄漏問題，并極大地改善了裝置區(qū)的現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀。

2.4 循環(huán)堿液冷卻器溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)改造

堿液與氯氣吸收反應(yīng)時(shí)，會伴隨產(chǎn)生熱量。由于次氯酸鈉溶液在高于38 ℃時(shí)會發(fā)生熱分解，故需對循環(huán)堿液進(jìn)行降溫，一般情況下保證回堿溫度不超過35 ℃。原裝置采用手動(dòng)控制的方式，如遇系統(tǒng)緊急停車，吸收液溫度會迅速上漲，加之崗位值班室距離裝置區(qū)較遠(yuǎn)，因循環(huán)堿溫度調(diào)整不及時(shí)而引發(fā)次氯酸鈉分解，造成尾氣跑冒，輕則污染環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)會造成人員中毒。經(jīng)分析論證，在循環(huán)堿液冷卻器回水管線增設(shè)1臺自動(dòng)閥，并與回堿溫度設(shè)置邏輯關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)一級、二級循環(huán)堿液冷卻器溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。改造后不僅解決了因溫度調(diào)整不及時(shí)而造成尾氣跑冒的隱患，而且降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高了廢氯處理裝置的自動(dòng)化程度。

2.5 堿液高位槽出口閥聯(lián)鎖改造

廢氯處理裝置堿液高位槽為應(yīng)急而設(shè)置，當(dāng)一級、二級循環(huán)堿泵故障停運(yùn)時(shí)，可緊急打開堿液高位槽去一級、二級吸收塔的開關(guān)閥，供廢氯處理裝置應(yīng)急使用。原設(shè)計(jì)緊急情況下需崗位人員手動(dòng)打開開關(guān)閥向一級、二級吸收塔供應(yīng)堿液，遇生產(chǎn)系統(tǒng)緊急停車時(shí)，崗位人員應(yīng)急操作較多，存在遺忘或失誤的問題。故將堿液高位槽出口開關(guān)閥與一級、二級循環(huán)堿泵運(yùn)行信號設(shè)置邏輯程序，當(dāng)一級、二級循環(huán)堿泵失電或故障停止運(yùn)行后，堿液高位槽出口開關(guān)閥自動(dòng)打開向一級、二級吸收塔供堿。

2.6 引風(fēng)機(jī)及循環(huán)堿泵進(jìn)行自動(dòng)化改造

廢氯處理裝置中的引風(fēng)機(jī)為吸收系統(tǒng)中的氣相提供推動(dòng)力。原設(shè)計(jì)引風(fēng)機(jī)啟停為手動(dòng)啟停切換，當(dāng)引風(fēng)機(jī)故障停運(yùn)時(shí)裝置吸收效率會大大下降，造成氯氣系統(tǒng)超壓，嚴(yán)重時(shí)引起氯氣跑冒，同時(shí)可能造成設(shè)備設(shè)施的損壞，故組織專業(yè)技術(shù)人員分析論證對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。

(1)分別在一級、二級循環(huán)堿泵各自出口總管增加堿液流量計(jì)及止回閥，并設(shè)置聯(lián)鎖堿液流量低低，聯(lián)鎖啟動(dòng)備用泵。

(2)分別在2臺引風(fēng)機(jī)進(jìn)口增加自動(dòng)切斷閥，當(dāng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)跳停時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，并聯(lián)鎖對應(yīng)停止、運(yùn)行引風(fēng)機(jī)進(jìn)口開關(guān)閥關(guān)閉、開啟，同時(shí)在DCS控制室增加風(fēng)機(jī)及閥門的遠(yuǎn)程操作按鈕。

經(jīng)過以上改造，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)堿泵遠(yuǎn)程啟動(dòng)及自動(dòng)切換，有效解決了因引風(fēng)機(jī)及循環(huán)堿泵跳停而造成氯氣系統(tǒng)超壓和氯氣跑冒的問題。

此外，還加裝了2個(gè)泵自動(dòng)切換功能，岀口加止回閥，電氣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)互備。

3 結(jié)語

為使廢氯處理裝置的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行除提升設(shè)備設(shè)施的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度，還須加強(qiáng)裝置設(shè)備設(shè)施的日常管理維護(hù)及預(yù)警預(yù)報(bào)，尤其要對循環(huán)堿的流量、有效氯、溫度、濃度等指標(biāo)進(jìn)行密切監(jiān)控。有效控制堿液濃度可避免或極大的減緩吸收塔氣相進(jìn)口及填料結(jié)鹽的問題，建議定期打開吸收塔檢查系統(tǒng)結(jié)鹽情況[2]。

經(jīng)過以上改造后，北元化工的廢氯處理裝置極大地提高了運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)引風(fēng)機(jī)、一級和二級循環(huán)堿泵可實(shí)現(xiàn)DCS遠(yuǎn)程啟停切換，裝置的自動(dòng)化程度得到了極大的提升，不僅降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提升了廢氯處理裝置應(yīng)急能力。