化工工藝安全性分析與聯鎖設計

◎ 侯亞中

引言

化工生產過程大多涉及高溫高壓，或含有易燃、易爆、有毒有害物質等，一旦生產過程中出現異常問題且控制不當，極易引發較為嚴重的安全生產事故。因此化工工藝中存在的安全注意點要重點關注，通過安全性分析，進行聯鎖設計，并論證聯鎖的可行性和操作性，最后投入相應聯鎖系統，在生產中不斷檢驗和優化聯鎖投用效果，及時糾正改進。通過聯鎖設計投用，和在線儀表很好的結合實現無人操作，程序控制，當突發情況發生時將從業人員的傷害降至最低，將誤操作消除，將處理效率大大提高，從而實現安全和效益的最大化。以下從幾個方面舉例進行分析：

1.公用系統安全性分析

紅四方離子膜燒堿工藝中大量的使用氣動閥來進行氣液相的壓力調節、流量調節、液位調節和溫度調節等，一旦出現儀表氣源壓力供應不足，系統將會失控，可能出現超溫超壓、有毒物質泄露、甚至發生爆炸的危險。對策：儀表氣源壓力設計報警值，當出現氣源壓力降低時，及時提醒工作人員進行處理，當處理不及時或處理不了，壓力進一步降低，設計停車聯鎖，在氣源最低控制壓力時及時停車，系統泄壓，自動氮氣置換。壓力儀表可能出現故障或不準，造成系統不必要的停車，設計聯鎖時可考慮不同點安裝壓力儀表，進行三取二聯鎖給予解決。聯鎖值的確定由氣動閥最低控制壓力決定。

山西壽陽乙二醇生產中反應器溫度通過控制汽包壓力進行降溫。合成系統循環氣量很大，進行合成反應產生大量的反應熱，當反應器冷卻水供應出現問題時，很可能造成飛溫，爆炸的危險。對策：在設計聯鎖時，考慮鍋爐給水不足，及時切出反應器，聯鎖發訊端選取在進反應器冷卻水流量。為保證系統穩定，設置流量低啟備用泵和流量低低三取二聯鎖。

有機合成系統置換時，氮氣壓力與系統壓力的壓差來決定能否進行置換，壓差低值時為了防止系統復雜組分進入氮氣系統，應及時將氮氣進口管線切斷，設置切斷聯鎖。

2.進出料異常安全性分析

離子膜燒堿生產中通過供給精鹽水和循環堿液提供原料，通電發生電化學反應，生成所需要的32%的燒堿產品和循環淡鹽水。當進出料異常情況時：

進料量過低，液位降低過快

危害：會導致電解槽供液不足，可能發生爆炸的危險。對策：設計高位槽液位低聯鎖，或者進料供應流量低聯鎖，當出現供應量減少時立即觸發聯鎖，停止電解槽的通電反應。可根據聯鎖觸發處理的情況選擇聯鎖的發訊端。

系統出料異常，淡鹽水循環槽或堿液循環槽液位較高

危害：循環反應系統出料不能及時外送，循環槽滿液。淡鹽水循環槽含有大量氯氣，堿液循環槽含有大量堿液和氫氣，發生滿液泄露，危險性很大，同時電解槽電解液不能及時外送，電解槽可能發生泄露甚至爆炸的危險。對策：對電解系統及時聯鎖停車處理，盡快控制危險源，充氮置換，同時進行分析處理問題。

在煤制乙二醇生產中，合成氣氣頭工藝流程較長，容易出現供應異常，當CO總管壓力突然降低過快，可能會導致氣相倒灌的危險。在分析對策時，當總管壓力低值出現時，及時進行切斷很有必要。可設置系統內外壓差低值作為發訊端，增加緊急切斷閥來進行控制切斷系統供應。另外存在氧氣參與的反應，當氧氣管線壓力較低時，為了防止系統易燃易爆的組分進入氧氣管線，可設置壓差低低聯鎖，來及時切斷氧氣供應。

3.系統組分含量異常安全性分析

在線分析儀表在組分控制中應用較廣泛。在紅四方天辰糊樹脂的生產中，氯化氫是重要的原料之一。氯化氫主要是燒堿電解反應中產生的氯氣和氫氣來進行合成的。然而，氯氣和乙炔氣直接相遇，立即反應生成乙炔氯，速度快，同時放出大量的熱。當合成的氯化氫氣體中出現游離氯時，在混合器內與乙炔反應生成乙炔氯，易造成爆炸。為了避免危險的發生，當氯化氫總管在線游離氯超過一定指標時，及時將合成單體的HCL進口管線切斷。在設計聯鎖時，為了避免儀表誤差和故障，可設置兩個游離氯在線分析，進行二取二觸發聯鎖，保證系統的安全可靠運行。

在燒堿系統中，氯氣泄露危險性很大，同時氯氣分子量較高，氯氣輸送壓縮難度較大，而氯氣遇水有很強的腐蝕性，對輸送設備要求極高。壓縮系統一旦含水，水和Cl2反應生成HCl和HClO，HCl和HClO對高速旋轉的葉輪腐蝕很快。為了保護壓縮機，設計聯鎖時在壓縮機進出口分別安裝在線含水分析儀，進行二選二聯鎖。同時三級壓縮分別配套無壓回水冷卻，并在回水管線安裝游離氯在線分析，達到保護透平機的目的。

在山西壽陽煤制乙二醇生產中，反應器進口組分含量要求較為嚴格，經研究CO濃度存在最佳值，濃度超過一定值會造成系統壓力上升較快，系統反應平衡打破，影響反應的穩定并造成危險。在設計聯鎖值時，需要設定CO濃度高限聯鎖，及時切斷CO進料，控制穩定后，負荷很快能夠恢復，確保系統的生產穩定運行和安全。MN性質極不穩定，溫度和濃度較高均會分解發生爆炸的危險，組分含量和溫度控制很關鍵。

4.超溫超壓安全性分析

高壓竄低壓：有機合成中，很多反應壓力較高，產物降溫冷凝后，往往借助系統壓力差進行物料的輸送，如果液位較低時會導致高壓氣相經減壓閥進入到低壓或者常壓儲罐，造成設備損壞甚至爆炸的危險。對策：液相經減壓進入低壓容器，閃蒸壓力較易控制，主要防止氣相竄壓，設計聯鎖時以液位低限為發訊端，聯鎖觸發及時切斷減壓閥。液位低限聯鎖同樣可以用于液體輸送過程防止氣相竄至液相儲罐；泵液位打空造成的設備損壞。

倒流：有機合成系統超溫超壓時有發生，氮氣吹掃氣源壓力不穩，供應不足都很有可能導致復雜循環氣進入氮氣管線，危險性很大。對策：聯鎖設計時，系統反應單元的切除，系統壓力的排放減壓順序很重要，需要做順控，同時還要增設氮氣進料口和關鍵位置的壓差設定，當壓差較低時宜采取氮氣切斷。防倒壓的聯鎖在易燃易爆大循環氣量的化工生產、加氧氣管線、含氯有毒管線的置換都需要做好充足的安全防護。

超壓：在反應快速的合成反應或者有機催化反應中，循環量和產量都很高，突然出現緊急停車時，新鮮氣進口總管壓力上升很快，控制不及時，會發生超壓，甚至爆炸的危險。對策：通過設計聯鎖，打開泄壓閥泄壓，第一時間將隱患消除。例如壓縮機停車時，防喘振閥門全開等。

超溫：反應器溫度往往反映了反應進行的劇烈程度，當系統反應失控，進料異常，冷卻不足等，都會造成飛溫超溫的發生。出現飛溫超溫時，氣體膨脹，催化反應更加劇烈，不及時控制會發生爆炸的危險。對策：異常時切斷蒸汽加熱；設置冷卻水流量低低聯鎖，啟動雙泵；停止進料；切除反應器；自動系統置換等一系列聯鎖應對措施。

5.重要設備安全性分析

化工重要設備由于成本高，運行條件嚴格，操作精密，部分無備用，當出現損害或故障時，會造成嚴重的安全事故，同時經濟損失也很大。為了保護設備在安全范圍內運行，采取嚴格的聯鎖保護措施，可分為工藝保護聯鎖和設備保護聯鎖。

紅四方燒堿系統氯氣壓縮機工藝保護聯鎖設計有氯含水聯鎖（氯含水超過350ppm二取二聯鎖），出口壓力喘振的聯鎖等。設備保護聯鎖由生產廠家設計密封氣、潤滑油、各軸承溫度、電機、軸振動位移等允許保護條件。當高速運行的設備工況異常時，能及時系統停車，避免設備發生事故。

結束語

通過對化工生產系統中各危險因素的安全性分析，思考可能發生的危險及可能造成的危險程度。對有重大危害的危險因素找出對策，設計出控制的聯鎖系統，將隱藏的重大危害缺陷消除，最后通過討論評審實施應用聯鎖系統，從而實現企業的安全發展和安全效益的最大化。現在很多化工企業的創新和研發能力不斷增強，很多中試項目不斷可行并上馬，系統全面的安全性分析和應對策略將是安全環保生產的重要保障。系統聯鎖的設計和應用將在自動化程度更高的未來起到更加重要的作用。