提高廢氯氣吸收裝置穩定性的改進

趙紅妹，王俊波

(1.中海油石化工程有限公司，山東 濟南 250101；2.煙臺萬華氯堿有限責任公司，山東 煙臺 264002)

氯氣屬于高度危害的危險化學品[1-2]，在TDI、MDI及氯堿等行業廣泛存在。氯氣一旦泄露若沒有合理有效的處理措施，其對人體的危害和環境的破壞都是極大且持久的。因此需對液氯生產、使用、儲存、氣化等過程中可能泄漏的含氯氣尾氣和事故氯氣進行密閉回收處理。中國氯堿工業協會要求氯堿企業生產系統必須設置事故氯吸收(塔)裝置[3]。實際生產中，其它非進行氯堿生產的用氯企業也根據實際生產工況設置了氯氣吸收裝置。氯氣吸收裝置是利用堿液吸收生產過程中各工序有組織及無組織排放的含氯廢氣，防止空氣中氯氣超標的保護裝置。某用氯企業不存在氯氣生產環節，用氯工況比較簡單，目前氯氣吸收裝置采用兩段式單塔流程，工藝流程如圖1。

圖1 廢氯氣吸收裝置改造前的流程

1 運行現狀

實際生產過程中，該廢氯氣吸收裝置能夠有效處理企業生產過程中產生的廢氯氣，排放尾氣基本能夠滿足大氣排放要求。但是該系統運行不穩定：一是吸收塔壓力不穩定，出現氯氣吸收塔釜壓力和液位存在不斷增加，超高到一定值后出現大幅度降低的情況；二是有些特別階段(尤其開、停車階段或者循環堿液吸收后期階段)存在出口尾氣短時間氯氣超標的情況。

2 原因分析

對本套裝置運行現狀存在的問題進行分析，認為本系統存在以下問題:

2.1 破壞塔出液口至循環槽管路設計不合理，存在氣阻問題

廢氯氣吸收塔堿液出口設置了內彎管，旨在維持塔內液相的低液位，但實際生產中，在開車調試時，會有氣體通過內彎管進入堿液管道形成氣阻、導致堿液下不來，塔內液體不斷累積、液面不斷升高，塔釜壓力不斷升高。當液面高到一定位置，液體沖破氣阻快速流向循環槽，造成塔釜液位和壓力急劇下降。

2.2 廢氯氣氣量不穩定，堿液吸收效果不理想

引發的原因主要有兩方面：一是運行過程中，無論是由于管路設計不合理、循環堿液粘度大或者堿液循環泵問題造成的堿液循環量不夠；二是新鮮堿液的濃度為18%～20%[4]，氯氣吸收過程中循環堿液的有效濃度在不斷降低，循環槽內的堿液在吸收后期，吸收氯氣的能力下降，不足以吸收系統來的廢氯氣，造成“跑氯”現象。

2.3 尾氣超標解決問題時間長

系統缺少及時、有效的監控措施，不能夠及時監控循環堿液運行情況及吸收塔出口尾氣達標情況。

3 改進措施

3.1 改造塔堿液出口型式，增加排氣管線

為了消除管路氣阻問題，割掉了氯氣吸收塔堿液出口的內彎管，氣體不會在堿液出口管形成氣阻，堿液可以順利完成循環過程。并且在出口管線最高點設置了排氣管線及閥門，必要時開啟閥門排氣。見圖2、3。

圖2 改進前 圖3 改進后

3.2 增加在線檢測措施，增強自動控制

3.2.1 在循環堿液管線增加流量計

各種原因引起的堿液管道堵塞或循環泵壞，都無法保障廢氯氣吸收塔內噴淋堿液的量，因此在循環堿液管線增加流量計進行檢測，并增加流量計與堿液循環泵的聯鎖動作，流量低低連鎖自動開啟備用堿液循環泵，保證破壞塔的堿液噴淋量。

3.2.2 破壞塔出口氣體設置在線分析儀

圖4 廢氯氣吸收裝置的優化流程

為解決循環堿液有效濃度不斷降低，無法及時處理廢氯氣的問題，在破壞塔出口氣體管線設置在線分析儀，以及在堿液循環槽進出口堿液管線上設置自動開關閥門。在氯氣接近超標狀態時，可以遠程遙控打開備用循環槽的閥門，切斷之前在運行的循環槽，在DCS室實現換槽動作，及時有效地解決問題。

另外由于其他無法預料的原因導致有較大量氯氣排向破壞塔，循環堿液無法將其完全吸收時，破壞塔出口氣體管線的在線分析儀可以報警提醒操作人員，同時開啟兩臺堿液循環泵，增大堿液循環量，解決緊急事故工況。改造后的工藝流程見圖4。

4 改進后的效果

對本廢氯氣吸收裝置進行改進后，廢氯氣吸收塔運行穩定，沒有再出現塔釜液位及壓力大幅波動問題，各種工況下，吸收塔出口尾氣均能達標排放，可見上述改進措施合理有效。

5 廢氯氣吸收裝置優化的幾點建議

5.1 安全措施

1)為防止反應熱不能及時移走造成次氯酸鈉分解或者循環堿液粘度大堵塞管道等問題，建議在廢氯氣吸收塔出口液體管線設置溫度高報警；

2)廢氯氣吸收塔出口氣體管線設置氯氣在線分析儀，超標自動啟動備用堿液循環泵或堿液槽；

3)堿液循環泵出口設置OPR分析儀，能有效了解循環堿液的有效濃度，調節堿液循環泵的變頻電機。

5.2 節能措施

5.2.1 循環堿液冷卻器采用冷凍水+循環水移熱措施

循環堿液冷卻器冷卻介質采用循環水和冷凍水，冬天用循環水冷卻，夏天用冷凍水，既能滿足移熱要求、又節能。

5.2.2 堿液循環泵及出口引風機選用變頻電機

由于該系統負荷波動大，運行狀況及其不穩定，為了保證安全有節能，建議堿液循環泵及出口引風機選用變頻電機。

5.3 其它注意事項

5.3.1 備用電源

廢氯氣吸收塔循環泵以及引風機需要有一開一備，且有備用電源，即正常使用電源一旦斷電，立即啟動應急電源，保證循環泵及引風機的正常運行。如果備用電源也無法保證(有一工廠備用電源是農用電源)，那么建議增加堿液高位槽，雖然堿液高位槽不能夠單獨完成吸收較長時間氯氣泄漏的任務，但是對于瞬時發生大量氯氣泄漏的事故工況還是有非常好的“削峰”作用的。

5.3.2 設備布置

廢氯氣吸收塔底部液相通過自流流到堿液循環槽，由于塔內是微負壓操作，因此布置廢氯氣吸收塔與堿液循環槽時要合理考慮高差。位差太小，塔底部容易積液，造成堿液循環不暢。但并不是高差越大越好，而是既要保證自流管線有一定的靜壓差克服管道阻力，管道內流體順利流下，又要考慮工程造價，不能無限制地抬高塔的安裝位置。另外，氯氣吸收塔底部液相出口管道的管徑適當增大，以減小管道阻力。

5.3.3 配管要求

為防止廢氯氣從吸收塔底部液相管道竄入堿液循環槽，在管道上設置U型彎。配管時該U型彎需布置在盡量靠近堿液循環槽入口側，這樣管道有一定的靜壓差來克服U型彎處的阻力，自流會順暢的多。

6 結語

本文針對某企業原有氯氣破壞裝置存在的問題進行原因分析，并對裝置進行了改進，效果良好。并針對新的廢氯氣破壞裝置的優化設計提出合理的建議，供相關人員參考。

近年來隨著對人身安全及環境保護越來越重視，國家對生產過程中涉及到危險化學品的行業監管力度也在加大。廢氯氣吸收裝置能有效地防止生產異常及事故下氯氣外溢對人員和環境的影響，合理設計工藝路線，不斷優化設計方案對于提高生產過程的安全性及經濟性有著積極影響。

[1]衛生部職業衛生標準專業委員會.GBZ 230-2010 職業性接觸毒物危害程度分級[S].北京: 人民衛生出版社,2010.

[2]工業和信息化部.HG/T 20660-2017 壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類標準[S].北京:化工出版社,2017.

[3]中國氯堿工業協會.關于氯氣安全設施和應急技術的指導意見 第4.1條[EB/OL].(2010-10-10)[2015-02-03] http://www.doc88.com/p-0418323016732.html.

[4]陳衛東.事故氯處理裝置的設計與運行[J].中國氯堿，2002(7):38-40.