氯堿裝置氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖探討

文/姜蘇

本文主要針對(duì)原氯化氫合成爐聯(lián)鎖邏輯存在的問題，并結(jié)合氯堿化工生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖進(jìn)行升級(jí)改造，從而確保氯化氫合成爐更加安全運(yùn)行——氯化氫合成爐過氯導(dǎo)致VCM合成混合器防爆膜爆裂是氯堿化工生產(chǎn)中發(fā)生較頻繁安全事件，通常在VCM混合器設(shè)有溫升聯(lián)鎖，當(dāng)混合器溫度上升速率持續(xù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)關(guān)閉乙炔切斷閥，防止混合器內(nèi)氯氣與乙炔進(jìn)一步反應(yīng)。但由于測量混合器溫度的熱電阻有一定滯后性，因此，當(dāng)該連鎖觸發(fā)時(shí)已經(jīng)有一定量的氯氣進(jìn)入混合器，造成安全隱患。本次氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖改造，通過對(duì)合成爐過氯因素的分析，將其作為合成爐聯(lián)鎖停爐條件，并加入輔助判定條件，有效提高了合成爐聯(lián)鎖判定的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；杜絕因各類設(shè)備、工藝故障導(dǎo)致合成爐過氯，從根本上避免氯氣進(jìn)入VCM混合器，達(dá)到了本質(zhì)安全的要求；另外，也避免了合成爐超壓造成氯化氫氣體外溢的環(huán)保事件，從而確保氯堿裝置安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

在氯堿生產(chǎn)工藝流程中，氯化氫合成爐做為重要的生產(chǎn)裝置， 一方面消耗電解裝置產(chǎn)生的氯氣和氫氣，另一方面為下游VCM合成工序提供氯化氫氣體，在整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中起著承上啟下的作用。在生產(chǎn)過程中，一旦合成爐氯氣過量，就會(huì)與下游VCM工序混合器中乙炔發(fā)生爆炸反應(yīng)，造成VCM混合器防爆膜破裂等安全環(huán)保事故；且當(dāng)合成爐爐壓大于0.1MPa時(shí)，爐頂防爆膜就會(huì)破裂，導(dǎo)致氯化氫氣體外泄，造成環(huán)保事件。因此，氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖不僅需要針對(duì)自身安全運(yùn)行，更要保證其在過氯或者超壓情況下能夠及時(shí)聯(lián)鎖停爐，從而確保整個(gè)氯堿裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

生產(chǎn)工藝簡介

陜西金泰氯堿化工有限公司（以下簡稱金泰氯堿）燒堿裝置氯化氫合成工序共有6臺(tái)氯化氫合成爐，型號(hào)為SZL-1600，單臺(tái)合成爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150t/d氯化氫，副產(chǎn)蒸汽量≥96t/d。

原料氫氣來自電解工序，經(jīng)氫處理工序脫水后用氫氣壓縮機(jī)加壓輸送至氫氣緩沖罐，通過氫氣管道阻火器，由孔板流量計(jì)計(jì)量后，經(jīng)過截止閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、切斷閥、爐前阻火器進(jìn)入二合一石墨合成爐燈頭。原料氯氣同樣來自電解工序，經(jīng)氯處理工序脫水、濃硫酸干燥后用氯氣透平壓縮機(jī)加壓輸送至氯氣緩沖罐，通過阻火器，由孔板流量計(jì)計(jì)量后，經(jīng)截止閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、切斷閥進(jìn)入合成爐燈頭。氯氣、氫氣在合成爐燈頭混合燃燒，生成的氯化氫在合成爐上段石墨冷卻器冷卻后從合成爐上部送出，根據(jù)下游生產(chǎn)需求，送往VCM工序，余量進(jìn)入吸收分配臺(tái)送往降膜吸收系統(tǒng)用于生產(chǎn)高純鹽酸，如圖1所示。

圖1 氯化氫合成爐流程圖

原氯化氫合成爐聯(lián)鎖描述

原聯(lián)鎖方案為合成爐生產(chǎn)廠家提供，其具體內(nèi)容包括：當(dāng)電解裝置總停指令發(fā)生或氯化氫合成爐手動(dòng)停爐指令發(fā)出后，氯化氫合成連鎖程序依次執(zhí)行以下動(dòng)作：1.閉合成爐氯氣調(diào)節(jié)閥；2.關(guān)閉合成爐氯氣切斷閥；3.將合成爐氫氣調(diào)節(jié)閥以10%/S速度逐漸關(guān)閉，當(dāng)其開度<20%時(shí)，直接關(guān)閉；4.關(guān)閉合成爐氫氣切斷閥；5.打開合成爐充氮閥。

以上氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖方案僅僅對(duì)氯化氫合成爐自身運(yùn)行或停爐過程提供安全保障，并未對(duì)合成爐過氯、過氫及爐壓過高進(jìn)行安全聯(lián)鎖保護(hù)。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，合成爐過氯及爐壓過高等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此，需要結(jié)合氯堿生產(chǎn)工藝對(duì)合成爐聯(lián)鎖進(jìn)行改進(jìn)。

氯化氫合成爐過氯及超壓原因分析

氯化氫合成爐過氯主要原因包括進(jìn)爐氫氣流量減少或者氯氣流量增大，具體故障現(xiàn)象及工藝參數(shù)變化表1。

表1 氯化氫合成爐過氯因素分析表

氯化氫合成爐超壓原因主要有：VCM合成工序氯化氫切斷閥、調(diào)節(jié)閥因故障突然關(guān)閉；氯化氫管道或者混合器PTFE內(nèi)襯鼓包；合成爐并爐時(shí)操作不當(dāng)?？捎|發(fā)停爐聯(lián)鎖。

其次，當(dāng)進(jìn)合成爐氫氣、氯氣流量配比值低于1.05時(shí)，就可能發(fā)生過氯。目前，行業(yè)內(nèi)氯氣、氫氣流量測量大都使用孔板流量計(jì)，在運(yùn)行過程中，如果氯氣孔板流量計(jì)出現(xiàn)負(fù)壓導(dǎo)壓管堵塞或差壓變送器故障等問題時(shí)，會(huì)造成合成爐氯氣流量測量值上升，合成爐氫氯配比隨之下降；同理，當(dāng)氫氣孔板流量計(jì)出現(xiàn)正壓導(dǎo)壓管堵塞或差壓變送器故障等問題時(shí)，會(huì)造成合成爐氫氣流量測量值下降，氫氯配比隨之下降，上述氫氯配比下降僅僅是顯示值發(fā)生變化，氯氣、氫氣流量真實(shí)值

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氯化氫合成爐安全聯(lián)鎖邏輯改進(jìn)

首先，在合成爐氯氣及氫氣調(diào)節(jié)閥上加閥位反饋裝置，并將信號(hào)引入DCS，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥開度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在合成運(yùn)行過程中，當(dāng)氯氣、氫氣調(diào)節(jié)閥開度小于3%或者切斷閥反饋處于關(guān)閉狀態(tài)，聯(lián)鎖停爐，防止合成爐過氯或者過氫。同時(shí)，為防止切斷閥反饋故障導(dǎo)致其在打開狀態(tài)時(shí)顯示關(guān)閉，造成聯(lián)鎖誤動(dòng)作，此處聯(lián)鎖邏輯條件需做如下判斷：當(dāng)氯氣或氫氣切斷閥關(guān)反饋為“1”，同時(shí)開反饋為“0”時(shí)方并未改變，因此，單純將氫氯配比作為合成爐過氯聯(lián)鎖停爐判定條件有可能會(huì)造成程序誤動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)裝置停車，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要加入其它條件來消除此類干擾，通過對(duì)合成爐運(yùn)行數(shù)據(jù)整理和分析，當(dāng)合成爐氫氯真實(shí)配比值小于1.05時(shí)，主要有以下幾種情況：氯氣緩沖罐壓力上升，導(dǎo)致氯氣流量增大，氫氯配比下降，此時(shí)氯氣管道壓力呈上升趨勢；氯氣調(diào)節(jié)閥突然開大，導(dǎo)致氯氣流量增加，氫氯配比下降，此時(shí)氯氣管道壓力呈下降趨勢；氫氣緩沖罐壓力下降，導(dǎo)致進(jìn)合成爐氫氣流量下降，氫氯配比下降，此時(shí)氫氣管道壓力呈下降趨勢；氫氣氣調(diào)節(jié)閥突然關(guān)小或者切斷閥突然關(guān)閉，導(dǎo)致氫氣流量下降，氫氯配比下降，此時(shí)氫氣管道壓力呈上升趨勢；因此，當(dāng)合成爐氫氯配比小于1.05時(shí)，同時(shí)將合成爐氯氣、氫氣管道壓力上升或下降速率超過某一定值并做延時(shí)，引入聯(lián)鎖停爐判定條件，可以有效避免因氯氣、氫氣流量計(jì)故障帶來的干擾。

最后，將合成爐氯化氫壓力做為聯(lián)鎖保護(hù)判定條件，一旦合成爐壓力過高，合成爐聯(lián)鎖停爐，防止因高壓導(dǎo)致合成爐防爆膜破裂，氯化氫氣體外泄造成環(huán)境 污染。

通過對(duì)氯化氫合成爐過氯及超壓發(fā)生的原因、造成后果及預(yù)防措施的分析，金泰氯堿在保持原有氯化氫合成爐聯(lián)鎖邏輯基礎(chǔ)上，結(jié)合氯堿生產(chǎn)工藝流程，對(duì)其進(jìn)行了升級(jí)改造。主要增加以下內(nèi)容。

在氯化氫合成爐運(yùn)行過程中，當(dāng)下列條件發(fā)生時(shí)，立即聯(lián)鎖停合成爐：1.合成爐爐前氫氣壓力≤0.055 MPa。2.合成爐氯化氫出口壓力≥0.07 MPa。3.合成爐氯氣流量調(diào)節(jié)閥開度≤3%。4.合成爐氫氣流量調(diào)節(jié)閥開度≤3%。5.合成爐氯氣切斷閥關(guān)閉。6.合成爐氫氣切斷閥關(guān)閉。7.合成爐爐前氫氣壓力上升速率≥0.0001 MPa/S，且氯氫配比低于1.05，二者同時(shí)發(fā)生并延時(shí)一定時(shí)間。8.合成爐爐前氯氣壓力上升速率≥0.0001 MPa/S，且氯氫配比低于1.05，二者同時(shí)發(fā)生并延時(shí)一定時(shí)間。9.合成爐爐前氯氣壓力下降速率≥0.0001 MPa/S，且氫氯配比低于1.05，二者同時(shí)發(fā)生并延時(shí)一定時(shí)間。10.合成爐爐前氯氣壓力≥0.12 MPa。11.電解槽總停車發(fā)生。

氯化氫合成爐停爐動(dòng)作：1.關(guān)閉合成爐氯氣調(diào)節(jié)閥；2.關(guān)閉合成爐氯氣切斷閥；3.將合成爐氫氣調(diào)節(jié)閥以10%/S速度逐漸關(guān)閉，當(dāng)其開度小于20%時(shí)，直接關(guān)閉；4.關(guān)閉合成爐氫氣切斷閥；5.打開合成爐充氮閥。

聯(lián)鎖程序中，每個(gè)判定條件均設(shè)置投/切軟開關(guān)，當(dāng)合成爐聯(lián)鎖儀表檢修、點(diǎn)爐等操作時(shí)，應(yīng)首先辦理聯(lián)鎖解除手續(xù)，待安全措施落實(shí)完畢后切斷聯(lián)鎖開關(guān)，防止因參數(shù)變化造成聯(lián)鎖停爐。待合成爐運(yùn)行穩(wěn)定后再將聯(lián)鎖投入，從而確保氯化氫合成爐在各種狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)論

通過以上安全聯(lián)鎖方案的改進(jìn)，全面提高了氯化氫合成爐自動(dòng)化水平，從根本上杜絕因各類設(shè)備、人員操作及工藝故障導(dǎo)致合成爐過氯或者防爆膜破裂造成的安全事故，有效確保了氯堿裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 ●