氯化氫工序出酸系統存在問題及應對措施

孫龍彬，杜 燕，張 波

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319）

陜西北元化工集團股份有限公司（以下簡稱“北元化工”）一期50萬t/a聚氯乙烯，40萬t/a燒堿裝置于2010年7月開車投運，其中一期氯氫處理工段，氯化氫合成工序出酸系統采用的是南通星球石墨設備有限公司生產的降膜吸收器，管線為鋼襯塑管線。本文主要介紹該套出酸系統在運行過程中存在的問題及相應的解決方法。

1 工藝流程及原理

氯氣來自氯處理工序，進入氯氣緩沖罐緩沖后，至石墨合成爐。氫氣來自氫處理工序，通過氫氣管道阻火器至石墨合成爐。氯氣與氫氣在爐內混合燃燒生成氯化氫氣體，反應熱由夾套中的純水冷卻后帶走。氯化氫氣體在經過爐頂冷卻器，冷卻器夾套中的循環水使其溫度降至45℃以下，HCl氣體自合成爐出來后，先進入一級降膜吸收器的頂部與來自二級降膜吸收器的稀鹽酸進行吸收，其吸收時放出的熱量由夾套內的循環冷卻水帶走，生成大于31%的鹽酸進入高純鹽酸中間罐，濃度不合格的鹽酸進入鹽酸調整罐。未被吸收的氯化氫氣體進入二級降膜吸收器頂部與來自尾氣吸收塔的稀鹽酸進行吸收，二級降膜吸收器中未被吸收的少量氯化氫氣體，進入尾氣吸收塔與來自稀鹽酸循環罐經鹽酸吸收泵加壓后的稀鹽酸噴淋吸收生成稀酸進入二級降膜吸收器，與來自一級降膜吸收器的氯化氫氣體吸收后，再進入一級降膜吸收器，與來自合成爐的氯化氫氣體吸收，最終成為31%的合格鹽酸。尾氣吸收塔未被吸收的微量氯化氫氣體及惰性氣體，通過尾氣放空排空。工藝流程示意圖見圖1。

為保證生產穩定，該裝置設計要求氯氫體積比為 1∶1.05～1∶1.30，同時要求氯化氫游離氯為 0，氯化氫純度93%～95%。由于在實際生產運行過程中氯、氫壓力和送氣壓力不穩定，為了防止過氯或過氫產生采用手動調節。

2 運行中存在的風險及應對措施

2.1 尾氣吸收塔負壓降低嚴重

降膜吸收器在開車過程中容易產生液封點，當抽負壓時，導致尾氣吸收塔負壓降低嚴重。

圖1 工藝流程示意圖

合成爐開車時，空氣從氫氣插頭處進入，水封槽放空處放空。

液封原因:稀鹽酸循環泵出口管線有去吸收水、去水力噴射泵、廢氣吸收塔。剛開始點爐時稀鹽酸循環泵負荷較高，回流開度較小。且為了盡快將合成爐置換合格，水力噴射泵開度較大，當點爐后期水力噴射泵逐臺關閉，泵壓相對升高，吸收水相對流量增加，吸收水主要依靠重力下流，當對應尾氣放空關閉時吸收水流動阻力相對增加即可認為流動減慢。這2種作用下極易產生積聚大量液體，如若漫過氣體管線，則形成液封。

判別方法:（1）合成爐氫氣插頭處無負壓；（2）尾氣塔負壓一直下降；（3）現場檢查管線上所有閥門均處于打開狀態（串氣時2臺合成爐串氣出酸閥打開，出酸調節閥打開，對應手閥打開）。

處置措施:任何情況下一旦尾氣塔負壓一直下降，DCS崗位人員應及時停止水力噴射泵，通知現場檢查，看現場人員是否有操作，確認為液封后:（1）聯系現場調低稀鹽酸循環泵泵壓或者適當打開其他幾臺水力噴射泵降低分壓（其他水力噴射泵為正常運行合成爐，尾氣放空為打開狀態）；（2）關閉液封降膜的吸收水閥門，等待幾分鐘；（3）打開水力噴射泵觀察負壓變化，通知現場檢查合成爐有無負壓。

注意事項:稀鹽酸循環泵泵壓較高，且出口涉及多條管線（去尾氣吸收塔吸收水管線6條，去水力噴射泵管線6條，去廢氣吸收塔管線1條），且DCS操作畫面沒有壓力顯示參數，切記不要將這些閥門全部關閉，否則極易造成管線憋壓，而造成其他泄漏或液封事故。合成爐抽負壓工藝流程示意圖見圖2。

圖2 合成爐抽負壓工藝流程示意圖

2.2 去水力噴射泵管線易發生堵塞凍結

冬季1臺合成爐長時間出酸時，去水力噴射泵管線易發生堵塞凍結。當1臺合成爐出酸時，過剩氫氣在尾氣放空處放空。由于氣液分離時，氣體會夾帶少量液體（主要成分為稀鹽酸），在尾氣放空三通處，有部分氣體夾帶的液體冷凝，沿著去水力噴射泵管線流走，但是在冬季室外最低氣溫可達到-30℃左右，常常伴有大風，滴水成冰。冷凝液很容易在三通處凍結積聚，進而造成尾氣放空管線處凍結，導致反應后過剩氫氣無法排放，尾氣塔壓力波動，形成安全隱患。通常處理措施為用蒸汽烘烤管線，消除結冰，這樣操作勞動強度大，作業環境惡劣，且在作業過程中蒸汽冷凝液不好收容處理，流至地面進而結冰，很容易導致人員滑到摔傷。

處理措施:在水力噴射泵進氣口彎頭處增加一個DN25的旁通，接上蒸汽管線，如遇管線凍結，及時打開蒸汽閥門消除結冰。此方法雖能及時快速解決問題，保護系統安全運行，但是不能從根本上解決三通處結冰問題。后期進一步研究決定，將尾氣吸收塔至水力噴射泵管線做蒸汽伴熱，并用保溫包裹，徹底解決管線結冰堵塞問題。

2.3 尾氣吸收塔等設備石墨口斷裂泄漏

吸收水管線固定不牢靠，地面管卡松動等造成管線震動，導致尾氣吸收塔等設備石墨口斷裂泄漏。

出酸系統各設備接口均為石墨材質，和各管線連接，在運行中多次出現石墨接口斷裂開縫現象，分析原因認為，管線震動是造成石墨接口開裂的主要原因，造成管線震動原因有:（1）管線地面固定管卡松動；（2）人員操作過程中閥門開度幅度過大，導致管線流體流量變化過大。

處理措施:（1）在生產中全面檢查各管線管卡支架，看是否起到作用，是否牢固；（2）人員在操作過程中緩慢平穩操作，杜絕人員短時間大幅度動作閥門情況。

2.4 多余鹽酸流至鹽酸調整罐，導致廢酸產生

打比重污染嚴重，危害人員身心健康及腐蝕設備，多余鹽酸流至鹽酸調整罐，導致廢酸產生。

合成爐出酸過程中，出酸濃度由現場操作人員打比重控制，原工藝設計為在一級降膜吸收器下酸處，有一個取樣閥門，下部有一個接酸盆。打比重時在取樣閥處取樣，多余酸樣倒入接酸盆流至鹽酸調整罐。

存在問題:（1）打比重取樣時鹽酸置于空氣中會有大量氯化氫氣體析出，污染環境和操作人員身體健康；（2）取樣多余鹽酸通過接酸盆排入鹽酸調整罐，接酸盆為敞口設計，沒有密封，這樣會導致里面的雜質（主要成分為鐵銹）跟隨鹽酸一起排入鹽酸調整罐內，造成鹽酸調整罐內鹽酸不合格（主要指全分析指標不合格，全分析指標要求鐵離子含量小于等于0.3×10-6），從而產生廢酸。

處理措施:工段自行研究設計一個自動打比重裝置，打比重時，打開閥門1開始取樣，鹽酸通過管線流至5比重計量筒中，比重計4在鹽酸浮力的作用下，在量筒中上下浮動，多余鹽酸通過管線7溢流至接酸盆底部放凈口中，直接排入鹽酸調整罐。此裝置完全避免了氯化氫氣體對環境污染和雜質對鹽酸調整罐的污染，運行效果良好。

2.5 廢氣吸收塔易產生液封

該套生產裝置中鹽酸調整泵出口管線較多。而其中吸收水管線和水利噴射泵為DCS自動閥門調節，回流和去廢氣吸收塔為手動調節，且泵出口沒有遠傳壓力表，只有現場壓力表。在日常操作中由于吸收水泵壓力變化不能被及時發現，及時調整的原因，極易在廢氣吸收塔形成液封，導致鹽酸罐區氣體排放不暢，甚至形成倒流，吸收液沿著罐頂排氣管線倒流回其他鹽酸儲罐內，吸收罐內氯化氫氣體形成負壓（由于吸收水濃度較低，而冷凝酸罐、高純鹽酸中間罐和鹽酸調整罐內鹽酸濃度較高，且罐內氣相存在大量氯化氫氣體，極易溶于水），造成液位波動，嚴重時造成罐體損壞。

處理措施:（1）在日常操作中要及時觀察吸收水泵壓變化，及時調整；（2）DCS在操作中避免同時關閉多個水力噴射泵閥門和吸收水閥門，從而造成吸收水泵出口憋壓；（3）在廢氣吸收塔下液管線上安裝一個視鏡，現場巡檢時要按時觀察視鏡排液情況，從而做到及時調整，防止事故發生。

3 結語

氯化氫出酸系統是氯化氫工序主要組成部分，也是重要的安全環保設施，它的安全穩定是保證氯化氫合成工序安全穩定運行的前提條件，所以必須保證出酸系統隨時處于完好備用狀態。在日常生產操作中崗位人員要熟知各設備結構原理性能及用途，DCS操作人員要熟知現場各管線連接及各檢測儀表安裝位置，在進行關鍵操作時要和現場人員進行雙確認，在發現異常指標時，應及時恢復并聯系現場進行檢查，確保系統安全穩定運行。