氯氣泄漏應急吸收技術

常剛，朱文凱

(山東魯泰化學有限公司，山東 濟寧 272352)

1 生產概況

由電解槽生產的氯氣在常溫常壓下，為黃綠色具有刺激性的劇毒氣體，國家標準規定空氣中氯氣的最高允許質量濃度為1 mg/m3。《氯堿生產企業安全標準化實施指南》(AQ/T 3016—2008)也規定氯氣系統應做到：設置防止氯氣泄漏的除害氯氣吸收裝置，吸收裝置保證隨時處理裝置開停車、正常狀態和非正常狀態下排放的氯氣；有可能出現氯氣泄漏的生產區域安裝與吸收裝置連接設施，吸入端采用非金屬塑料彈性軟管并可移動，非金屬塑料彈性軟管的長度、直徑大小與數量應根據可能泄漏的氯氣量和泄漏點位置確定，保證生產裝置區域泄漏的氯氣及時被導入吸收裝置。因此，氯堿企業應將防止氯氣泄漏作為安全生產的一項重要工作，抓牢抓實。筆者結合山東魯泰化學有限公司(以下簡稱“魯泰化學”)氯堿車間電解工段除害氯氣應急吸收裝置特點簡要介紹其設計應用情況。

魯泰化學氯堿裝置第1期設計能力為6萬t/a，采用日本旭化成ML-32NCH型高電流密度自然循環復極式離子膜電解槽，共有4臺離子膜電解槽，每臺由110個單元槽組成，2013年進行了膜極距改造，正常運行電流13 kA；第2期設計能力為30萬t/a，采用原日本氯工程n-BiTAC890型電解槽。第2期裝置分為A、B兩區，每區設有4個回路，每個回路由2臺電解槽組成，每臺電解槽由90個單元槽組成。電解槽生產的氯氣大部分經處理后合成氯化氫，剩余部分氯氣經過液化機組液化后包裝外銷，合成爐合成的氯化氫氣體作為生產VCM的原料輸送到聚氯乙烯車間，其余部分氣體吸收生產高純鹽酸。

2 氯堿化工企業中事故氯氣的分類

按照生產工藝過程中的不同階段，事故氯氣一般包括3類：①生產中發生的事故氯氣，如一些密封點的泄漏、壓力波動造成的泄漏等；②液氯槽車或鋼瓶包裝過程中泄漏的事故氯氣；③液氯儲槽泄漏的事故氯氣。本文主要論述第一類事故氯氣的吸收處理[1]。

魯泰化學根據企業實際情況及事故狀態下氯氣的泄漏特點，設計了專門的吸收裝置，確保事故氯氣泄漏時能在第一時間進行吸收處理，防止人員傷亡和環境污染除害的擴大化。

3 電解工段生產中的事故氯氣吸收裝置

魯泰化學電解工段的氯氣吸收裝置僅吸收處理突然斷電、設備故障等非正常狀態下泄漏出的氯氣，生產系統中產生的密閉廢氯氣均由氯氫處理工段進行集中吸收處理。本文中對于此類氯氣的吸收不作論述。

除害氯氣吸收裝置為單塔吸收，塔內填裝PVC新型花環填料，填料塔材質為FRP，填料塔規格為Φ1 800×11 300，配備2臺次氯酸鈉循環液槽，規格為Φ2 400×6 400；1臺配堿槽。本裝置在第1期電解槽附近設置規格為DN150的非金屬塑料彈性吸收軟管2處，作用半徑15 m，在第1期氯氣總管調節閥處設置規格為DN100的吸收軟管1處，作用半徑為12 m；在第2期電解槽附近設置規格為DN150的吸收軟管4處，作用半徑15 m，在第2期氯氣總管調節閥與安全水封附近設置規格為DN150的吸收軟管1處，作用半徑10 m。出現氯氣泄漏時，應急處置人員應穿戴好防護用品，迅速將吸收軟管拖至漏點處進行負壓吸收，氯氣在引風機的作用下沿吸收管道進入填料塔底部，與質量分數15%～22%的堿吸收液進行逆流循環吸收，堿吸收液由塔頂流入塔底，進入次氯酸鈉循環槽，由吸收液循環泵輸送至板式換熱器降溫后，進入填料塔上部循環吸收。當循環液中堿質量分數低于3%時，將循環液輸送至液氯工段次氯酸鈉生產工序進行處理。尾氣達到環保排放標準后，經風機排入大氣。填料塔后安裝引風機，引風機進口管線安裝在線監測壓力變送器，信號傳入集控室，由主控人員在線監測壓力變化，及時通知現場操作人員，控制空氣進入量來保證除害氯吸收管線壓力穩定在(-1.5±0.2)kPa。同時，為防止全廠停電對除害氯吸收裝置的影響，吸收液循環泵和引風機均配有應急電源，當全廠發生電源失電時可自動切換為備用電源供電。

除害氯吸收裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 除害氯吸收裝置工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of absorption facility for chlorine leakage

4 除害裝置化學反應原理及設備容積計算

4.1 化學反應原理

除害氯吸收裝置采用燒堿吸收法處理氯氣并生產次氯酸鈉成品。該反應是放熱反應，必須及時移走反應熱。否則會使吸收液溫度上升。當吸收液溫度高于40 ℃時，會發生如下副反應：

在實際運行過程中，在堿循環液管線安裝了1臺板式換熱器(型號EC30DW-0.6/165-EH)，利用循環水及時有效地移走反應熱。另外，保持一定的過堿量也可以抑制副反應的進行。

4.2 循環槽的容積設計

4.2.1 基于第1期電解裝置的計算

第1期電解槽正常運行時電流為4×13.0 kA，電解槽至總管氯氣調節閥之間的管道內氯氣壓力絕壓為P1=110.9 kPa，陽極液循環槽液位上方及管道體積和為V1=14.8 m3。假設氯氣發生泄漏，電解槽斷電后憋在管道內的氯氣逸出部分被循環槽堿液吸收，最終氯氣管道內的壓力跟外界大氣壓相同，氯氣不再外逸。

大氣壓取值為P0=101.3 kPa，求V0。

根據公式：P1V1=P0V0，得V0=P1V1/P0，

V0=110.9×14.8÷101.3=16.2 (m3)。

則需要吸收裝置吸收的氯氣體積為：

V1=16.2-14.8=1.4 (m3)。

4.2.2 基于第2期電解裝置的計算

A區電解槽正常運行電流為4×18.0 kA，P1=103.4 kPa，V1=71.5 m3，求得

V0=103.4×71.5÷101.3=73.0 (m3)。

則V2=73.0-71.5=1.5 (m3)。

B區電解槽正常運行電流為4×19.0 kA，P1=102.8 kPa。

V1=72.0 (m3)，求得

V0=102.8×72.0÷101.3=73.1 (m3)。

則V3=73.1-72.0=1.1 (m3)。

通過計算可知：除害氯裝置吸收氯氣的最大量為：V=V1+V2+V3=1.4+1.5+1.1=4.0 (m3)。

60 ℃時氯氣密度ρ為2.616 g/L[2]。

須吸收的氯氣質量為：m=ρV=2.616×4.0=10.5 (kg)。

吸收10.5 kg氯氣需要的堿液量計算如下。

根據如下化學方程式進行計算：

要吸收完10.5 kg氯氣，需要15%的NaOH質量為：10.5×2×40÷71÷0.15=78.9 (kg)。

需要22%的NaOH質量為：

10.5×2×40÷71÷0.22=53.8 (kg)。

已知15%的NaOH密度約為1 164.05 kg/m3，22%的NaOH密度約為1 241.1 kg/m3，若循環槽充裝液位為50%，則V×0.5×1 164.05=78.9。計算得配制15%的燒堿需循環槽體積V=0.136 m3。

配制22%的燒堿需循環槽體積為：V×0.5×1 241.1=78.9，得V=0.127 (m3)。

實際配置的循環槽容積為28.9 m3，可吸收氯氣次數為：

28.9÷0.136≈212(次)，

28.9÷0.127≈227(次)。

因此配1次堿吸收液使用次數為212～227次。

5 結語

魯泰化學除害氯氣吸收裝置的有效運行，能夠防止離子膜法燒堿生產工藝中生產異常或事故狀態下氯氣外逸造成的人員中毒、環境污染，是氯堿生產企業本質安全生產的重要組成部分。生產實踐證明：合理的工藝設計和設備選型，能提高生產的安全可靠性，使除害氯氣得到最大限度地吸收，確保離子膜法燒堿生產系統安全、長周期運行。