液氯充裝過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制

唐繼平

(石河子天域新實(shí)化工有限公司，新疆 石河子832000)

1 液氯充裝工藝流程簡述

石河子天域新實(shí)化工有限公司(簡稱“天域新實(shí)化工”)始建于2004年，設(shè)計(jì)總規(guī)模為24萬t/a聚氯乙烯樹脂，配套18萬t/a離子膜法燒堿，副產(chǎn)液氯5 kt/a，液氯是氯堿生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，屬于劇毒危險(xiǎn)化學(xué)品。為便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，液氯充裝是不可缺少的生產(chǎn)工序，但在液氯充裝過程中，存在泄漏、爆炸、中毒等危害。國內(nèi)目前采用的充裝技術(shù)主要是液下泵輸送，人工現(xiàn)場包裝。因此，液氯充裝逐步向自動(dòng)化控制方向發(fā)展，采取合理有效的液氯充裝工藝十分重要，可以保證正常操作時(shí)無泄漏，出現(xiàn)氯氣泄漏時(shí)能及時(shí)將氯氣進(jìn)行無害化處理，保證人的生命安全。

干燥氯氣進(jìn)入氯氣冷凝器，在冷凝器中與冷凍機(jī)輸送過來的制冷劑進(jìn)行間接換熱，氯氣被降溫液化，液氯通過氣液分離器下部經(jīng)液封進(jìn)入液氯儲(chǔ)槽，經(jīng)由液氯儲(chǔ)槽下部的閥門、管道、管道過濾器，液氯進(jìn)入液氯充裝中間罐。中間罐底部比液氯儲(chǔ)槽底部低約900 mm。中間罐上部的氣相空間有氯氣平衡管與液氯儲(chǔ)槽相通，液下泵的機(jī)械密封上下有兩道干燥氮?dú)饣蚩諝庾雒芊鈿猓饔檬欠乐孤葰馔饴┖蜏p少軸承、軸套與軸的摩擦。液氯在液氯泵通過四個(gè)葉輪的四級增壓，達(dá)到充裝壓力，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)裝入鋼瓶。充裝時(shí)產(chǎn)生的廢氣用次氯酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)通過抽空分配臺抽真空，抽出氯氣用循環(huán)堿液吸收生產(chǎn)次氯酸鈉。

液氯充裝工藝流程如圖1所示。

圖1 液氯自動(dòng)充裝工藝流程圖Fig.1 Automatic liquid chlorine filling process flow

2 液氯充裝系統(tǒng)

液氯充裝系統(tǒng)分為手動(dòng)充裝、半自動(dòng)充裝、全自動(dòng)充裝系統(tǒng)。

2.1 手動(dòng)充裝系統(tǒng)

充裝時(shí)，手動(dòng)打開鋼瓶瓶閥，打開氯氣抽空閥，記錄鋼瓶的皮重并試漏確認(rèn)無異常后，待抽除瓶內(nèi)壓力及余氯后，關(guān)閉抽空閥，打開液氯充裝閥，進(jìn)行自動(dòng)充裝。當(dāng)充裝到規(guī)定數(shù)量時(shí)，關(guān)閉液氯的充裝閥及鋼瓶瓶閥，打開氯氣抽空閥，抽除對接銅管內(nèi)的余氯。查看抽空管線的負(fù)壓情況，如果是負(fù)壓，卸下對接銅管，進(jìn)行稱裝復(fù)稱。

2.2 半自動(dòng)充裝系統(tǒng)

在顯示屏點(diǎn)開半自動(dòng)充裝按鈕，開始充裝時(shí)，手動(dòng)打開鋼瓶瓶閥，在充裝顯示屏上打開氯氣抽空閥，待抽除瓶內(nèi)壓力及余氯后，設(shè)定的抽空時(shí)間到了后，抽空閥自動(dòng)關(guān)閉，在充裝顯示屏上打開液氯充裝閥，進(jìn)行自動(dòng)充裝。充裝到規(guī)定數(shù)量時(shí)，應(yīng)先手動(dòng)關(guān)閉液氯的充裝閥及鋼瓶瓶閥，在充裝顯示屏手動(dòng)打開氯氣抽空閥，抽除對接銅管內(nèi)的余氯。查看抽空管線的負(fù)壓情況，如果是負(fù)壓，卸下對接銅管，進(jìn)行稱裝復(fù)稱。

2.3 全自動(dòng)充裝系統(tǒng)

2.3.1 液氯鋼瓶自動(dòng)充裝

在顯示屏點(diǎn)開自動(dòng)充裝按鈕，將本廠有電子標(biāo)簽的鋼瓶放在電子秤上并接好充裝管，打開掃描槍，選擇充裝復(fù)秤(本廠有標(biāo)簽瓶)，輸入兩位秤號及充裝人編號，掃描充裝秤上的鋼瓶電子標(biāo)簽，驗(yàn)證正確后自動(dòng)打開閥門充裝，電腦則會(huì)顯示如圖2所示信息。現(xiàn)場充裝時(shí)系統(tǒng)會(huì)閃爍綠燈報(bào)警，充入80%時(shí)會(huì)黃色閃爍預(yù)報(bào)警啟動(dòng)，90%時(shí)是紅色閃爍報(bào)警，達(dá)到目標(biāo)值時(shí)氣動(dòng)閥自動(dòng)斷開，將充裝管通過自動(dòng)抽空系統(tǒng)抽空充裝管內(nèi)殘余液氯，斷開充裝管，將鋼瓶移走。充裝下一瓶。

圖2 液氯自動(dòng)充裝系統(tǒng)Fig.2 Automatic liquid chlorine filling system

自動(dòng)復(fù)秤操作過程和充裝過程大體相同，不同點(diǎn)是復(fù)秤不需要接充裝管路，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)配置自動(dòng)判斷是充裝還是復(fù)秤。誤差在充裝設(shè)定允許范圍內(nèi)(1 000±5) kg則完成復(fù)秤。

2.3.2 槽車自動(dòng)充裝

在顯示屏點(diǎn)開自動(dòng)充裝按鈕，正確連接裝卸臂與承壓罐車的液相管和氣相管，首先裝好氣相管，開啟裝卸臂與承壓罐車上的氣相閥和緊急切斷閥，然后安裝液相管，打開承壓罐車上的緊急切斷閥，打開抽空閥，對罐車進(jìn)行抽空，抽空后，關(guān)閉抽空閥，開啟充裝閥進(jìn)行充裝，充裝量符合要求后，依次關(guān)閉裝卸臂上抽空閥和承壓罐車上的液相充裝閥，開啟裝卸臂上抽空閥進(jìn)行抽空，抽空結(jié)束后，卸下液相管和氣相管，充裝結(jié)束。槽車自動(dòng)充裝系統(tǒng)在連接管線后可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2.3.3 液氯儲(chǔ)槽自動(dòng)切斷

液氯儲(chǔ)槽是儲(chǔ)存液氯的固定式壓力容器，監(jiān)視控制部分利用計(jì)算機(jī)控制，控制部分配備UPS電源、通過編程的軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備信號傳輸，每個(gè)儲(chǔ)槽液位、壓力、溫度、液氯泵狀態(tài)、停止、有毒有害氣體探頭等設(shè)備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳顯示，與生產(chǎn)充裝系統(tǒng)過程形成因果條件，實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖控制。液氯儲(chǔ)槽進(jìn)出口不僅設(shè)有DCS緊急切斷閥與液位聯(lián)鎖，達(dá)到聯(lián)鎖值自動(dòng)切斷，還設(shè)置了安全儀表系統(tǒng)(SIS)。有雷達(dá)液位計(jì)和射頻導(dǎo)納液位計(jì)與SIS系統(tǒng)聯(lián)鎖，當(dāng)任何一個(gè)液位顯示值超過80%時(shí)都會(huì)緊急切斷。此系統(tǒng)的設(shè)置保證了液氯儲(chǔ)槽液體泄漏時(shí)能及時(shí)與其他系統(tǒng)斷開，確保系統(tǒng)安全。

2.3.4 密閉采樣系統(tǒng)

此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)取樣過程中始終處于全密閉，氯氣不會(huì)外逸，既保護(hù)了環(huán)境，又保證了人員身體健康。密閉取樣系統(tǒng)流程圖見圖3。

圖3 密閉取樣系統(tǒng)流程圖Fig.3 Process flow of closed sampling system

密閉取樣系統(tǒng)操作步驟如下。

(1)采樣前確認(rèn)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

(2)安裝好鋼瓶后連接金屬軟管，打開鋼瓶兩端閥門2、閥門3和蒸汽出入口閥門。

(3)打開氣源開關(guān)，啟動(dòng)增壓泵，打開閥1，采樣閥開關(guān)調(diào)至“采樣”，打開閥4使介質(zhì)循環(huán)一段時(shí)間后鋼瓶充滿新鮮樣品。

(4)依次關(guān)閉閥3、2、1，把采樣閥開關(guān)調(diào)至“抽空”，介質(zhì)經(jīng)出口去生產(chǎn)次氯酸鈉，待壓力表值穩(wěn)定后，關(guān)閉閥4、采樣閥、氣源開關(guān)。

(5)取樣完畢后，脫下金屬軟管，取下鋼瓶，金屬軟管接頭與固定端接頭閉合，完成取樣。

2.3.5 事故處理系統(tǒng)

液氯儲(chǔ)槽液氯泄漏后，泄漏后的液氯經(jīng)堿液噴淋設(shè)施噴淋吸收，吸收后的堿液經(jīng)地溝槽流入事故池收集。堿液吸收不完全的氣體經(jīng)現(xiàn)場抽氣軟管抽至次氯酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)，循環(huán)堿液吸收氯氣生產(chǎn)次氯酸鈉。此事故處理系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制系統(tǒng)，一旦氯氣泄漏空間質(zhì)量濃度超過1 mg/m3，有毒氣體報(bào)警探頭檢測到泄漏源，則有毒氣體報(bào)警探頭聯(lián)鎖抽空閥自動(dòng)打開抽空，同時(shí)總控室操作人員啟動(dòng)事故噴淋泵，堿液從噴頭噴出吸收氯氣，此系統(tǒng)從液體、氣體兩相進(jìn)行吸收處理，能快速降低空氣中氯氣含量。

3 全自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)

液氯是劇毒化學(xué)品，采用常規(guī)手動(dòng)充裝系統(tǒng)，需要充裝工現(xiàn)場操作，充裝工不得離開現(xiàn)場，一旦人員操作失誤或者設(shè)備工藝故障，會(huì)對人員生命造成威脅。

本次全自動(dòng)充裝系統(tǒng)的改造，采用自動(dòng)智能充裝及智能管理系統(tǒng)技術(shù)，能有效降低人身傷害事故的發(fā)生。正常充裝時(shí)，液氯充裝系統(tǒng)設(shè)置有預(yù)警系統(tǒng)，達(dá)到規(guī)定值會(huì)提前預(yù)警，達(dá)到規(guī)定充裝量時(shí)，會(huì)聯(lián)鎖自動(dòng)切斷充裝閥門。設(shè)備管線氯氣泄漏后，氯氣空間質(zhì)量濃度超過1 mg/m3時(shí)，現(xiàn)場有毒氣體檢測儀會(huì)檢測到氯氣泄漏并報(bào)警，達(dá)到設(shè)定報(bào)警值高報(bào)2.5 mg/m3，系統(tǒng)會(huì)聯(lián)鎖氯氣抽空閥門打開，液氯充裝閥門關(guān)閉，事故堿液噴淋系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)噴淋堿液。此過程人員無需現(xiàn)場近距離操作。項(xiàng)目建成后，形成5 kt/a液氯產(chǎn)能，充裝速度1.5 t/h，生產(chǎn)過程采用全智能充裝系統(tǒng)及信息綜合管理，鋼瓶充裝質(zhì)量嚴(yán)格控制在(1 000±5) kg，中間罐液位控制在20% ～60%，低于20%聯(lián)鎖停泵，高于60%時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉進(jìn)口閥門，能最大限度降低危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

液氯生產(chǎn)裝置作為重大危險(xiǎn)源，以往常規(guī)生產(chǎn)充裝液氯工藝，需要較多的充裝工參與充裝，存在引發(fā)危險(xiǎn)事故的因素，通過液氯生產(chǎn)充裝自動(dòng)化技術(shù)改造，避免出現(xiàn)液氯超裝的風(fēng)險(xiǎn)，液氯生產(chǎn)充裝安全系數(shù)進(jìn)一步提高，降低了液氯生產(chǎn)充裝的危險(xiǎn)性，最大限度地防止了超裝事故的發(fā)生，為液氯生產(chǎn)充裝的安全、可靠、運(yùn)行提供保障。