合成氯化氫安裝游離氯在線分析儀技術(shù)的應(yīng)用

任 杰，易多濤，劉大剛

（中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750336）

中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司（以下簡稱“中鹽吉蘭泰”）36萬t/a燒堿配套40萬t/a PVC，共有2條生產(chǎn)線。合成氯化氫工序共有9臺合成爐，分別供給VCM合成工序一期、二期混合脫水。氯化氫含游離氯是通過人工每小時一次進行分析，如遇到生產(chǎn)負荷波動時，特別是發(fā)生緊急情況下，在調(diào)節(jié)合成爐氫氣、氯氣配比過程中，不能及時發(fā)現(xiàn)氯化氫是否存在過氯情況。曾經(jīng)在生產(chǎn)運行過程中由于氯化氫過氯，VCM混合脫水多次發(fā)生爆炸事故事件，存在很大的安全生產(chǎn)風險。為此該公司決定在氯化氫總管安裝游離氯在線分析儀，用以提高生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行。

1 氯化氫過氯的原因及危害

在聚氯乙烯（PVC）樹脂的生產(chǎn)中，氫氣與氯氣在合成爐中燃燒生成氯化氫，氯化氫再與乙炔合成氯乙烯，合成氯化氫時預(yù)防過氯是安全生產(chǎn)防范工作的重點任務(wù)。因為氯氣化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與乙炔發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，生成氯乙炔并放出大量熱量，使混合氣體瞬時膨脹，易在混合脫水的石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)處爆炸，破壞性很大，威脅到生產(chǎn)裝置和人員安全。

在正常生產(chǎn)運行過程中合成氯化氫發(fā)生過氯的主要原因有：（1）氯氣和氫氣的配比控制不好；（2）壓力不穩(wěn)，氯氣和氫氣調(diào)節(jié)閥失靈；（3）氫氣壓力因為氫壓機、自動閥出現(xiàn)故障出現(xiàn)大幅度波動；（4）氯氣、氫氣孔板流量計不準確，盲目進行調(diào)節(jié)配比；（5）燈頭損壞，導(dǎo)致氯氣和氫氣燃燒不充分；（6）由于氫氣系統(tǒng)氮氣閥門未關(guān)閉或內(nèi)漏嚴重，導(dǎo)致氫氣純度低。

2 工藝流程介紹

來自氯氫處理工序的氯氣、氫氣通過控制閥送至石墨合成爐，在爐內(nèi)混合燃燒生成氯化氫氣體，反應(yīng)熱由夾套中的循環(huán)水冷卻后帶走，使氯化氫氣體溫度降至45℃以下，每臺合成爐的氯化氫匯至氯化氫總管后進入氯化氫緩沖罐，經(jīng)氯化氫冷卻器降溫至14℃以下后送至VCM合成工序。由乙炔工段送來的精制乙炔氣經(jīng)冷卻器冷卻后通過乙炔阻火器進入混合器，由氯化氫工段送來的氯化氫氣體進入混合器與乙炔氣進行混合送至氯乙烯轉(zhuǎn)化，工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

3 游離氯在線分析儀的設(shè)置

增加游離氯在線監(jiān)測儀及設(shè)計聯(lián)鎖條件，對氯化氫含游離氯進行實時監(jiān)控，超出控制范圍VCM工序進行緊急停車，避免VCM工序發(fā)生爆炸事故。

3.1 測量原理

游離氯在線分析儀采用全息光柵分光技術(shù)和差分光學(xué)吸收光譜分析（DOAS）技術(shù)，由于同種氣體在不同光譜波段有不同的吸收，不同氣體在同一光譜波段也有吸收疊加作用，通過對連續(xù)光譜的分析，可以同時測量多種氣體。實用中采用全息光柵對被測氣體吸收后的光進行分光，使用二極管陳列傳感器將分光后的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，獲得介質(zhì)的連續(xù)吸收光譜，從而實現(xiàn)了多種氣體的同時測量，精確計算出不同化學(xué)組分的含量。游離氯在線分析儀原理圖見圖2。

圖2 游離氯在線分析儀原理圖

3.2 安裝位置的確定

因為氯化氫含游離氯關(guān)系著整個生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，為了能夠第一時間確定氯化氫是否含有游離氯，準確指導(dǎo)崗位人員進行操作，游離氯在線分析儀應(yīng)安裝在靠近合成爐出口總管處。同時在線分析儀的采樣管道與氯化氫總管的距離盡量小，保證在5 m以內(nèi)，縮短測量所用時間。

3.3 安全聯(lián)鎖的設(shè)置

根據(jù)中鹽吉蘭泰實際生產(chǎn)裝備情況，合成氯化氫工序自動化程度較低，合成爐出口為現(xiàn)場手動閥門，未設(shè)計自動閥門。為了避免聯(lián)鎖停車后，合成爐防爆膜爆破，造成次生災(zāi)害的發(fā)生，聯(lián)鎖設(shè)計未與VCM氯化氫總管進行聯(lián)鎖。當氯化氫游離氯含量達到高高報值時VCM混合脫水乙炔總閥自動關(guān)閉，進行聯(lián)鎖停車，避免氯氣與乙炔混合爆炸。游離氯聯(lián)鎖圖如3圖所示。

圖3 游離氯聯(lián)鎖圖

將游離氯在線分析儀測量信號引入合成氯化氫、VCM轉(zhuǎn)化主控室DCS系統(tǒng)，操作人員實時進行監(jiān)控。同時在合成氯化氫現(xiàn)場操作室安裝聲光報警儀，報警鈴響后操作人員及時進行調(diào)整處理。游離氯含量設(shè)置高報警（H）50×10-6、高高報警值（HH）150×10-6。

3.4 合成氯化氫到VCM混合器過氯時間的確定

考慮到此聯(lián)鎖關(guān)系到整個生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運行，當生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)波動是發(fā)生氯化氫過氯現(xiàn)象時，崗位人員可以進行適當調(diào)整處理，同時為了避免游離氯在線分析儀運行過程中出現(xiàn)誤報現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)不必要的停車，必須設(shè)計延時聯(lián)鎖。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備及管道安裝實際情況，正產(chǎn)生產(chǎn)中氯化氫總管流量Q=9 000 Nm3/h、壓力P=50 kPa、管徑DN=600 mm，進行計算氯化氫過氯時間，從合成氯化氫到VCM混合器時間約90 s。游離氯在線分析儀的檢測反應(yīng)時間范圍為10～15 s，泰通過技術(shù)評審最終確定過氯延時聯(lián)鎖時間設(shè)置為60 s，在60 s內(nèi)氯化氫過氯達到高高報警值無法恢復(fù)正常，生產(chǎn)裝置必須聯(lián)鎖停車。

4 結(jié)語

隨著政府對危險化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管的不斷強化，企業(yè)必須投入先進的監(jiān)測設(shè)備確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運行。自從2016年10月在該公司安裝投用以來，成功地預(yù)警了2次過氯事件。通過安裝游離氯在線分析儀及聯(lián)鎖程序的設(shè)計，對氯化氫過氯的情況及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警，可以有效避免因為氯化氫氣體過氯引起的安全事故發(fā)生，為企業(yè)高效穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。