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(jiǎn)介陜西金泰氯堿化工有限公司（以下簡(jiǎn)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，由三暢孔板流量計(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。

        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。

 

        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)。

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)方可觸發(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(cè)量大都使用三暢孔板流量計(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(cè)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(cè)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(shì)；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(shì)；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(shì)；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(shì)；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。

 

        非常后，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≤0.055MPa。

        2.合成爐氯化氫出口壓力≥0.07MPa。

        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≥0.0001MPa/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≥0.0001MPa/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≥0.0001MPa/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≥0.12MPa。

        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。