含自動(dòng)點(diǎn)火的全自控鹽酸合成裝置

吳春森

（南通鑫寶石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通226011）

樂金渤海化學(xué)有限公司25 萬t/a離子膜燒堿裝置于2006 年運(yùn)行，其配套的高純鹽酸裝置由南通鑫寶石墨設(shè)備有限公司模塊化成套供應(yīng)。該裝置產(chǎn)能為5 萬t/a 高純鹽酸，主體設(shè)備為1 臺(tái)下點(diǎn)火三合一石墨合成爐及1 臺(tái)尾氣塔，無備用設(shè)備，于2006年5月投產(chǎn)至今運(yùn)行穩(wěn)定。 該裝置采用全自控操作系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)無人化操作。

1 安全

氯化氫及鹽酸合成裝置生產(chǎn)所需的原料為氫氣和氯氣，由于氫氣與空氣中的氧氣爆燃范圍寬廣，故國(guó)家制定對(duì)于氫氣的防爆規(guī)范為ⅡC，溫度組別為T4，即生產(chǎn)裝置的界區(qū)外15 m 之內(nèi)不可動(dòng)明火；氯氣只要在每立方米空氣中存有0.3 g 就會(huì)對(duì)人員造成致命傷害；而氯化氫和成品鹽酸又是強(qiáng)腐蝕劑。所以氯化氫及鹽酸合成系統(tǒng)在生產(chǎn)中的安全和穩(wěn)定是本裝置最重要的問題。本系統(tǒng)目前的安全措施有以下幾點(diǎn)。

（1）根據(jù)國(guó)家制定的安全生產(chǎn)法規(guī)要求。氫氣設(shè)備、管線和裝置15 m 內(nèi)禁止動(dòng)火。目前，國(guó)內(nèi)氯化氫及鹽酸合成裝置較多采用的合成爐外點(diǎn)火是不符合國(guó)家安全生產(chǎn)規(guī)定的，存在著極大的安全隱患。本裝置采用了德國(guó)進(jìn)口，符合氫氣防爆規(guī)范的自動(dòng)點(diǎn)火裝置（歐盟航天局航空火箭氫氣點(diǎn)火器），在合成爐內(nèi)自動(dòng)程序點(diǎn)火，自開車至今已無故障運(yùn)行8 年；

（2）開車前的系統(tǒng)吹掃。由于氫氣的爆燃范圍極大，開車前裝置內(nèi)部的可燃可爆介質(zhì)必須清除。因此針對(duì)此系統(tǒng)特點(diǎn)制定的程序邏輯，用降壓后的氮?dú)猓ㄗ枞甲璞瑲怏w）分別從氫氣管線和氯氣管線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面吹掃，消除點(diǎn)火開車時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的安全隱患；

（3）停車時(shí)氫氣、氯氣管線安全閥門的聯(lián)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)部氣體的置換。不管是生產(chǎn)停車還是緊急停車，為了保障安全，必須在最短的時(shí)間內(nèi)（5 s）關(guān)閉氫氣和氯氣閥門，切斷危險(xiǎn)源。在DCS 控制室和裝置現(xiàn)場(chǎng)，本裝置都設(shè)計(jì)了一個(gè)緊急停車按鈕，以利于人工停車，同時(shí)由火焰檢測(cè)器控制自動(dòng)停車，這樣的設(shè)置既有靈活性又有可靠性。停火聯(lián)動(dòng)由預(yù)設(shè)的停爐程序自動(dòng)執(zhí)行：關(guān)閉氫氣和氯氣安全閥、同時(shí)打開氮?dú)忾y，將系統(tǒng)內(nèi)部的殘余混合氣體徹底趕出裝置，保證停車安全；

（4）生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和聯(lián)動(dòng)。正常生產(chǎn)時(shí)火焰的監(jiān)測(cè)對(duì)于氯化氫及鹽酸生產(chǎn)來說至關(guān)重要，裝置上采用美國(guó)Honeywell 防爆型火焰檢測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火焰燃燒，并與控制連鎖聯(lián)動(dòng)，保障氯化氫及鹽酸裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定和系統(tǒng)的安全。同時(shí)，在裝置上設(shè)置高倍高清晰的攝像儀，由操作人員控制云臺(tái)，便于仔細(xì)觀察火焰燃燒狀態(tài)，及時(shí)作出準(zhǔn)確判斷。

2 生產(chǎn)控制

（1）氯、氫自動(dòng)配比。本裝置設(shè)計(jì)時(shí)，希望通過氯氣和氫氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，檢測(cè)控制氯、氫投入量，并通過自動(dòng)配比，在過氫量5%的狀況下，使生產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)定，并保證高純酸中游離氯的含量小于5×10-6。但由于本裝置原料氣中含水量較高，輸送壓力較低，因此配比時(shí)加大了過氫量，使氯氫比達(dá)到了1∶1.1。原料氣氯氣、氫氣規(guī)格如下。

氯氣（摩爾比）：Cl297.51%；

H20.03%；

O20.89%；

CO20.13%；

N20.07%；

H2O 1.37%；

氯氣壓力：0.22 kg/cm2G，溫度：15 ℃；

氫氣（摩爾比）：H289.94%；

H2O 10.06%；

氫氣壓力：0.2 kg/cm2G，溫度：50 ℃。

（2）吸收系統(tǒng)。 由吸收水流量控制系統(tǒng)，根據(jù)DKK 濃度檢測(cè)儀的濃度檢測(cè)來控制吸收水的流量，使裝置生產(chǎn)出的鹽酸符合成品酸的質(zhì)量要求和產(chǎn)量要求。在過氫量10%的狀況下，實(shí)際產(chǎn)出高純酸規(guī)格如下：

氯化氫：32%（wt）；Fe：≯0.4×10-6（wt）；Ca2+：≯1×10-6（wt）；Mg2+：≯0.04×10-6（wt）；游離氯：≯5×10-6（wt）；顏色：無色、透明。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量與主體設(shè)備之間關(guān)系。本裝置主體設(shè)備采用下點(diǎn)火式三合一石墨合成爐，其燃燒器位于合成爐底部，就運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)來看，其擁有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

a.安全。燃燒器位于塔底，防爆膜安裝在塔頂，這樣萬一壓力過高，防爆膜爆裂，氣體只在塔頂放空，遠(yuǎn)離操作人員工作的地方，同時(shí)，也避免了鹽酸四處飛濺；充氮排氣也是從塔底到塔頂，這樣一旦裝置停車或點(diǎn)火失敗，可爆未燃的原料氣體混合物就被徹底排除；

b.提高產(chǎn)品酸質(zhì)量。垂直向上的燃燒通道，使燃燒爐內(nèi)產(chǎn)生的廢酸與產(chǎn)品酸分開排放，避免原料氣中的雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品酸中；正壓生產(chǎn)使燃燒的火焰更集中，原料氣混合均勻，燃燒更徹底，降低產(chǎn)品酸中游離氯的含量；

c.操作方便。燃燒器及所有原料氣體管道，控制和安全系統(tǒng)皆安裝布置在塔底。使得操作人員極易在地面上安全地控制、巡視和操作。

3 運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）本裝置氯、氫原料氣輸送壓力為0.02 MPa左右，同時(shí)水分含量較高。因此一旦原料氣壓力有波動(dòng)，氯、氫配比調(diào)節(jié)會(huì)發(fā)生偏差。需DCS 操作人員根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；

（2）本公司僅有1 套鹽酸合成系統(tǒng)，無備用爐，運(yùn)行一直安全穩(wěn)定。為保證高純酸的生產(chǎn)，需常備合成爐燃燒器燈頭及合成爐接管與相應(yīng)配套墊片。

4 結(jié)語

樂金渤海化學(xué)有限公司含自動(dòng)點(diǎn)火的全自控鹽酸合成系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首先實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無人化操作，在無備用合成爐的情況下，已安全持續(xù)生產(chǎn)8 年，至今運(yùn)行良好，符合設(shè)計(jì)預(yù)期，已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在LG 化學(xué)內(nèi)深受好評(píng)。2013 年2 月，為韓國(guó)麗水LG 化學(xué)公司模塊供應(yīng)了2 套8 萬t/a 鹽酸合成爐的成功開車。LG 麗水化學(xué)設(shè)計(jì)、制造的尾氣吸收裝置，使合成裝置尾氣中氯化氫及氯氣的含量低于4×10-6。