次鈉環(huán)保裝置完善優(yōu)化總結(jié)

蔡德忠，熊 鵬

（新疆中泰化學(xué)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830009）

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司裝置目前共有3套4條生產(chǎn)線的高電密自然循環(huán)離子膜電解裝置，1#裝置采用氯工程電解槽，產(chǎn)能11萬t/a（折百燒堿），2#裝置、3#裝置A、B系統(tǒng)為北化機電解槽，產(chǎn)能分別為11萬t/a（折百燒堿）、15.5萬t/a（折百燒堿）、15.5萬t/a（折百燒堿）。

離子膜電解裝置陽極室電解產(chǎn)物為氯氣，工作場所空氣中氯氣允許濃度為1 mg/m3。電解裝置正常生產(chǎn)時產(chǎn)生的少量廢氯氣以及裝置應(yīng)急狀態(tài)或裝置停車時設(shè)備管線內(nèi)積存的氯氣都需要進行吸收處理，嚴(yán)禁直接排入大氣。利用氯氣與燒堿溶液反應(yīng)生成次氯酸鈉的特性，可通過次鈉環(huán)保裝置來吸收廢氯、事故氯氣，并且計劃生產(chǎn)次氯酸鈉。因為該反應(yīng)是一個放熱的過程，需要設(shè)計換熱器，通過冷凍水將反應(yīng)產(chǎn)生的熱量帶走。反應(yīng)化學(xué)方程式為2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O+106 kJ。

1 次鈉環(huán)保裝置的原始設(shè)計狀態(tài)及存在缺陷

1#次鈉環(huán)保裝置設(shè)計上采用2個罐、3臺堿液循環(huán)泵、1臺成品次鈉泵、2臺次鈉風(fēng)機、2個塔和2臺列管式鈦冷卻器。二塔串聯(lián)設(shè)計，中間1臺循環(huán)泵給兩邊的2臺泵同時備用。原始設(shè)計尚有堿液高位槽，環(huán)保裝置相關(guān)機泵接有保安電源，換熱器出口管線可以互相切換，以備換熱器內(nèi)漏時切換使用。但如果閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，會造成一個罐的循環(huán)吸收液通過內(nèi)漏的閥門進入另一個次鈉罐，造成配比失衡。液相主管線原始設(shè)計為UPVC管線，運行達到一定年限后，管線強度下降，帶壓運行時，存在泄漏噴濺的安全隱患。氯酸鹽分解槽氯氣管線原始設(shè)計為將氯氣送到次鈉環(huán)保裝置，這增加了次鈉裝置的負(fù)荷，且次鈉產(chǎn)量較大，影響生產(chǎn)平衡。

2#次鈉環(huán)保裝置設(shè)計上采用4個罐、4臺堿液循環(huán)泵、2臺次鈉風(fēng)機、2個塔和2臺板式鈦換熱器，二塔串聯(lián)設(shè)計，但未設(shè)計堿液高位槽，動力電跳閘應(yīng)急時，存在安全隱患；氯酸鹽分解槽氯氣管線設(shè)計為送往原氯，未設(shè)計到廢氯吸收裝置的管線，檢修置換存在難度；頭塔的堿液循環(huán)泵電機功率較高，未設(shè)計變頻，啟泵時，壓力太高可能造成法蘭墊片沖開，堿液噴濺，存在一定安全隱患；板式換熱器設(shè)計面積只有10 m2和1.7 m2，無法滿足大量通氯產(chǎn)次鈉時的工藝需要，溫度上升過快，有次鈉分解的風(fēng)險；原始設(shè)計時，次鈉塔未考慮高氯次鈉對塔體的腐蝕，造成塔體強度不夠，已出現(xiàn)過泄漏情況。

3#裝置次鈉環(huán)保裝置設(shè)計上采用2個罐、2臺堿液循環(huán)泵、2臺次鈉風(fēng)機、2個塔、2臺列管式鈦換熱器、二塔串聯(lián)設(shè)計，配套設(shè)計有堿液高位槽，且高位槽液相出口管線分2支分別加裝氣動閥至頭塔及尾塔噴淋，分別設(shè)置連鎖；氯酸鹽分解槽氯氣管線設(shè)計為送往廢氯吸收；成品次鈉泵只有1臺，未設(shè)計備用泵，該泵出現(xiàn)故障時，將影響及時往罐區(qū)交次鈉。

整體上來說，原始設(shè)計的次鈉環(huán)保裝置將生產(chǎn)應(yīng)急與計劃產(chǎn)次鈉的功能合二為一了，沒有獨立的專門用于計劃生產(chǎn)次鈉的裝置，而且次鈉尾氣排空口原始設(shè)計上未設(shè)計氯氣檢測報警裝置，存在無法及時檢測的風(fēng)險。

2 次鈉環(huán)保裝置改造情況及運行現(xiàn)狀

各套次鈉環(huán)保裝置頭塔相關(guān)設(shè)備主要參數(shù)見表1。

表1 頭塔相關(guān)設(shè)備的主要參數(shù)

1#次鈉環(huán)保裝置主管線目前已由UPVC管線更換為CPVC管線，管線強度大大提高，因此，裝置對因系統(tǒng)壓力抗泄漏情況的抵御能力增強。列管換熱器出口切換閥門已斷開，目前為每個塔單獨固定使用1臺換熱器，杜絕了液體互串對裝置運行的影響。氯酸鹽分解槽氯氣管線原始設(shè)計為將氯氣送到次鈉環(huán)保裝置，已增加去原氯的管線并可以互相切換，使裝置不再被動大量生產(chǎn)次鈉，可根據(jù)生產(chǎn)需要隨時調(diào)整氯氣通量。

2#次鈉環(huán)保裝置的最大缺陷是原始設(shè)計未配套堿液高位槽，現(xiàn)已完善了堿液高位槽和在堿液、工業(yè)水、壓縮空氣管線，下液管線上安裝氣動閥與次鈉堿液循環(huán)泵全停的信號設(shè)置連鎖，使工藝設(shè)計趨于完善。高位槽處加蓋彩板房，解決冬季防凍問題。原始設(shè)計的板換僅考慮開停車應(yīng)急問題，換熱面積不足，通過測算，頭塔的板換并聯(lián)了1臺25 m2鈦板換，尾塔的板換并聯(lián)了1臺10 m2的板換，有效解決了在開停車及計劃產(chǎn)次鈉通氯量過大時換熱能力不足可能造成次鈉分解發(fā)生環(huán)保事故的隱患。因高氯次鈉含鹽量較高，造成次鈉罐底逐漸有鹽析出，板式換熱器板片間縫隙較小，通徑小于列管式換熱器，容易造成鹽堵塞板片，采取定期對次鈉罐底的鹽進行清罐的措施以保障環(huán)保裝置安全平穩(wěn)運行。

2#次鈉環(huán)保裝置頭塔的堿液循環(huán)泵電機功率為45 kW，啟動電機時，泵壓較高，存在出口墊片沖開、泄漏的風(fēng)險，增加了變頻器，使啟泵操作更加安全。從本質(zhì)安全化的角度考慮，對酸、堿、次鈉等介質(zhì)管線均安裝了法蘭防護圈，確保操作人員和設(shè)備的安全。

2#次鈉塔原始設(shè)計材質(zhì)為玻璃鋼。根據(jù)銷售需要，實際生產(chǎn)次鈉以高氯次鈉居多，有效氯含量為160～180 g/L，對玻璃鋼緩慢腐蝕，已造成塔體出現(xiàn)泄漏情況。對塔體進行改造，更換為PVC+玻璃鋼加強塔體，增加了塔體強度及抗腐蝕能力，避免有毒有害物質(zhì)泄漏及影響正常生產(chǎn)。

2#氯酸鹽分解槽原始設(shè)計氯氣去原氯，現(xiàn)已增加去廢氯吸收裝置的管線及切換閥門，確保工藝設(shè)計完善及檢修時的氯氣合理去向。

3#成品次鈉泵無備用泵。已利用次鈉裝置改造機會，增加了備用泵，完善了環(huán)保裝置的工藝設(shè)計。

3套次鈉裝置風(fēng)機排空口都在樓頂，但原始設(shè)計均無氯氣檢測探頭，目前已加裝氯氣檢測探頭，增加了系統(tǒng)安全系數(shù)。

針對原始設(shè)計上沒有獨立的專門用于計劃生產(chǎn)次鈉的裝置、每套次鈉裝置既作為應(yīng)急裝置又用于計劃生產(chǎn)次鈉的問題，對現(xiàn)有次鈉裝置進行改造。依托3#裝置次鈉環(huán)保裝置，將3#次鈉裝置的氯氣通過增加新管線引至2#次鈉裝置頭塔的進口，使3#次鈉裝置具備割開管線進行工藝改造的施工條件，增加1臺氯氣吸收塔、1臺列管鈦換熱器、2臺循環(huán)堿液泵、1臺成品次鈉泵。將現(xiàn)有串聯(lián)的2臺氯氣吸收塔改為并聯(lián)的頭塔，將新增的氯氣吸收塔作為公共的尾塔，新增次鈉堿液循環(huán)泵將次鈉堿液送至列管換熱器冷卻后，進入新增的氯氣吸收塔，出塔的次鈉堿液分別配制可以去4個次鈉罐的管線并分別安裝閥門。從3#裝置正常生產(chǎn)時送來的氯氣由新管線送往2#裝置，加裝2道手動蝶閥，從而可以具備切換條件，正常情況下，3#裝置產(chǎn)生的廢氯送往2#裝置，3#裝置作為脫離生產(chǎn)裝置專門計劃生產(chǎn)次鈉的裝置；在2#裝置異常情況下及停車大檢修時，3#裝置產(chǎn)生的廢氯仍可切換送回3#次鈉裝置。增加從1#鹽酸、2#鹽酸送來的氯氣管線，分別增加氣動閥。改為并聯(lián)頭塔的2個塔的進口在來自鹽酸工序的管線上分別增加氣動閥，加上原有3#裝置鹽酸工序來的氯氣管線上有氣動閥，則每套裝置的氯氣都可以自控送往3#次鈉裝置。使改造后的3#裝置次鈉裝置具備完全計劃產(chǎn)次鈉的條件。

次鈉環(huán)保裝置技措改造后，能完成計劃產(chǎn)次鈉的流程中，氯氣氣相部分示意圖見圖1。

3 改造完善優(yōu)化效果

通過上述改造，次鈉環(huán)保裝置從工藝設(shè)計層面達到了安全環(huán)保設(shè)計規(guī)范的要求，無論是開停車及應(yīng)急處理，還是正常生產(chǎn)時的計劃生產(chǎn)次鈉，都具備安全生產(chǎn)的條件。操作環(huán)境和工藝操作條件進一步改善，裝置穩(wěn)定性大大提高，同時，達到了安全環(huán)保部門對于次鈉裝置必須是應(yīng)急裝置與計劃生產(chǎn)次鈉的裝置分開的要求。各套次鈉裝置的完善優(yōu)化在實現(xiàn)安全環(huán)保效益的同時，也產(chǎn)生了相應(yīng)的經(jīng)濟效益。

圖1 次鈉環(huán)保裝置改造后氯氣氣相部分示意圖