氯化氫合成爐的安全運行措施

張曉峰

(陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 719000)

氯化氫在工業上的用途十分廣泛,先進的氯化氫合成技術得到了廣泛應用,但行業內合成爐爆炸事故時有發生。發生爆炸事故，一方面造成設備損壞，給企業帶來巨大的經濟損失；另一方面威脅操作人員的生命安全，給員工造成極大的精神壓力。因此，保障合成爐運行安全需從設計、操作、維修等方面采取相應的預防措施。

1 氯化氫合成爐運行中存在的安全風險

1.1 超溫

正常運行時，若合成爐循環冷卻水停水或循環水不暢,合成爐內熱量不能及時帶出,溫度不斷升高,嚴重時將石墨爐體燒穿或解體,爐膛內進水,造成合成爐熄火,氫氣與氯氣形成爆炸性混合物,遇爐內局部高溫發生爆炸。

1.2 超壓

當合成爐氯化氫壓力超標時，會造成合成爐防爆膜爆裂，發生安全環保事件；當爐內嚴重缺水時，突然加水的情況下，也會發生超壓爆炸事故。

1.3 過氫

氯化氫合成過程中采用過氫操作，如果氯系統突然壓力降低，氯氣與氫氣在石英燈頭不能充分混合燃燒，進爐氯氣、氫氣壓力和流量的波動造成氯、氫配比不當，使合成后的氯化氫氣體中夾帶大量過剩氫氣。會影響氯乙烯合成轉化率，造成轉化尾排量增大，鹽酸吸收尾氣排空管氫氣摩擦產生靜電，雷雨天氣易發生尾氣排空著火事故。

1.4 過氯

氫氣與氯氣在石英燈頭不能充分混合燃燒,出現進爐氯、氫氣壓力和流量的波動造成氯氫配比不當，使合成后的氯化氫氣體中夾帶大量氯氣,與氫氣形成爆炸性混合物質。 此外， 如果氯化氫含游離氯進入氯乙烯工序混合器，會與乙炔反應生成氯乙炔；此反應為放熱反應，劇烈的反應引起混合器溫度迅速上升而發生爆炸。氯氣微溶于水，如果生產中出現大量過氯，鹽酸吸收尾氣排空，會有氯氣外逸污染環境，造成環保事件。

1.5 緊急停車

氫氣系統瞬間停車,處理不當造成瞬間氫氣減量,若氯氣減量操作跟不上,形成氯氣量過大,嚴重時造成爐內火焰熄滅, 爐內很快形成爆炸性混合物,遇爐內高溫引起爆炸。

1.6 人為誤操作

點爐不當引起爆炸的根本原因是爐內氫氣含量過高,達到爆炸濃度范圍,形成爆炸性混合物,加之點爐前不進行系統可燃氣體分析,尤其是瞬間停車不進行系統置換就立即點爐,或二次連續點火,爆炸是不可避免的。另外，人為誤開關閥門，輕則引起停爐，重則會引起過氯或過氫，造成爆炸。

2 預防措施

針對上述存在的風險，通過對合成爐的溫度、壓力、配比、火焰監測等采取措施，來降低合成爐運行中的風險，確保合成爐運行過程的安全。

2.1 設計時增加合成爐與電解總停車聯鎖

當電解工序觸發總停車聯鎖信號時，合成爐聯鎖停車。

2.2 合成爐出口氯化氫壓力聯鎖

為防止合成爐壓力過高造成防爆膜破裂，在單臺合成爐出口設置氯化氫壓力高高報聯鎖停爐保護。運行過程中，當合成爐壓力達到聯鎖值時，單臺合成爐立即停爐，確保合成爐安全平穩停爐，停爐后立即對合成爐進行置換、檢查。

2.3 合成爐爐前氫氣壓力、氯氣壓力聯鎖

為防止進合成爐氫氣流量突然大幅降低或瞬間斷氣，造成合成爐過氯引起合成工序混合器爆炸，在單臺合成爐設置進爐氫氣壓力低低聯鎖停爐保護，一旦進爐氫氣壓力降低至聯鎖值，合成爐聯鎖停爐。為防止進合成爐氯氣流量突然大幅升高或氯氣調節閥瞬間全開，造成合成爐過氯引起PVC轉化工序爆炸，在單臺合成爐設置進爐氯氣壓力高高聯鎖停爐保護，一旦進爐氯氣壓力升高至聯鎖值時，合成爐聯鎖停爐。

2.4 合成爐爐前自動閥開關聯鎖措施

為防止合成爐在運行過程中，氯氣或氫氣自動閥突然關閉引起嚴重過氯或嚴重過氫事故，設置單臺合成爐爐前氫氣切斷閥、氯氣切斷閥關閉與合成爐聯鎖停車，運行過程中當氯氣或氫氣切斷閥任何一個突然關閉，對應的合成爐將聯鎖停爐。

2.5 設置氫氯配比聯鎖

氫氯配比是合成爐重要參數，理論上氫氣與氯氣配比在(1.05～1.10)∶1。采取了如下控制措施：當合成爐氫氣、氯氣比值≤1.08時報警；氫氣和氯氣比值≤1.05，且氫氣緩沖罐壓力上升速率≥0.1 kPa/s或氯氣緩沖罐壓力下降速率≥0.1 kPa/s，持續5 s后，則相應合成爐聯鎖停爐。

2.6 火焰配比、純度監測系統

當前國內氯化氫火焰監測主要基于視頻監控及人工目視的方式。火焰檢測系統是目前國內基于圖形識別技術的集監測、識別及報警于一體的火焰檢測系統，由計算機代替肉眼觀察火焰顏色、亮度、形狀、頻率等要素，可直接得出氯氫配比值。

高清攝像機通過實時監測氯化氫火焰圖像并上傳到PC端，由圖像處理軟件進行圖像識別、對比分析、建立數學模型、運算處理等，最后計算出氯氫配比值，同時對過氫過氯等異常現象進行報警輸出，并將這些輸出數據傳給DCS，由DCS進行自動調節或緊急停車。

(1)火焰斷火、偏燒保護。由儀表檢測系統代替人工檢測、判斷，實現實時監測，及時發現合成爐斷火，并進行報警，為合成爐設備安全生產提供保障。

(2)火焰顏色發紅、發暗報警。由儀表檢測系統代替人工檢測、判斷，實現實時監測，及時發現合成爐火焰發紅、發暗的異常情況，并進行報警，為合成爐設備安全生產提供保障。

(3)過氯保護。由儀表檢測系統代替人工檢測、判斷，實現實時監測，及時發現過氯，將供氣改為氯化氫吸收，保障后序氯乙烯合成工序安全穩定運行。

(4)氯化氫純度檢測。由儀表檢測系統代替人工檢測、判斷，實現實時檢測，在穩定生產的情況下實現氯氫體積比調節，提高氯化氫純度，節約氫氣。

3 檢維修管理措施

3.1 選用質量可靠的閥門

避免氯化氫合成爐氫氣調節閥、氫氣切斷閥、爐前氫氣手動閥、氯氣調節閥、氯氣切斷閥、爐前氯氣手動閥因誤動作、內漏等故障原因，而出現緊急滅爐或其他安全事件。合成爐應選用高質量、運行可靠的閥門，防止因閥門問題而導致安全生產事件。

3.2 安全閥、防爆膜、液位計定期校驗更換

定期檢查、校驗氯化氫合成爐安全閥、液位計，出現問題及時停爐更換。定期檢查合成爐防爆膜驗收耐壓試驗報告和材質報告，定期更換防爆膜。

3.3 取樣分析措施

對每臺合成爐出口氯化氫進行定期取樣分析，嚴格控制氯化氫純度93%～96%,游離氯≤0.04%，根據純度分析結果，及時對合成爐進行調整。

3.4 合成爐斷水預案

在純水總管至軟水循環泵出口分配臺加裝一條管線，確保在兩臺軟水循環泵不能供水時，由總管直接供水，避免合成爐緊急停車。

4 結語

氯化氫合成爐運行聯鎖自投入以來，有效降低合成爐過氯事件，加強現場人員的培訓，避免人為誤操作；火焰檢測系統進一步確保了火焰檢測的時效性，提高了合成爐的本質安全運行。