氯乙烯壓縮精餾過程中自動排水系統優化改造

（天辰化工有限公司，新疆石河子市，832000）滕永戰 孫旺盛 王各義

在我國，約80%氯乙烯單體采用電石法生產，由于我國的特殊能源結構，以煤炭資源為依托的電石法聚氯乙烯（簡稱PVC）生產工藝是中國聚氯乙烯行業的主流工藝。近年來，國內電石法聚氯乙烯生產迅猛發展，隨著國內聚氯乙烯產能的迅速提升，聚氯乙烯安全生產已成為PVC行業關注的焦點問題。2018年11月28日凌晨，河北盛華化工有限公司氯乙烯泄漏擴散至廠外區域，遇火源發生爆燃。2019年4月24日，內蒙古伊東集團東興化工有限責任公司氯乙烯氣柜泄漏，擴散至電石冷卻車間遇火源發生燃爆事，這兩起事故直接原因是氯乙烯氣柜出現卡頓、傾斜導致大量氯乙烯氣體沖破氣柜水封泄漏擴散，遇火源發生閃燃，造成人員傷亡和設備損害，給社會帶來惡劣的影響。因此，隨著國內PVC行業氯乙烯氣柜泄漏事故頻發，一次次的對全國PVC行業安全生產敲響了警鐘。氯乙烯壓縮精餾過程作為聚氯乙烯生產的中間環節，起到承上啟下的重要作用。在氯乙烯生產中的安全問題越來越成為人們關注的問題。

1 氯乙烯含水的主要來源及危害

1.1 氯乙烯含水的主要來源

氯乙烯合成中，水洗和堿洗是必不可少的工序，而且目前沒有有效的氯乙烯連續生產緩沖裝置，而濕式氣柜作為緩沖裝置又使用水封鐘罩結構，難以避免氯乙烯氣體含水。

1.2 氯乙烯含水的危害

氯乙烯中水分的存在，可水解低分子過氧化物（由氧與氯乙烯生成的）而產生氯化氫（遇水變鹽酸）、甲酸、甲醛等酸性物質；副反應速度呈幾何增長，鹽酸和鐵離子含量幾乎與水含量成正比關系；這些酸性物質將使設備腐蝕，并生成鐵離子Fe3+，后者將容易使聚合后的樹脂色澤變黃或成為黑點。

酸性物質含量過高會破壞聚乙烯醇分散體系，消耗大部分分散劑，造成顆粒變粗，影響產品顆粒形態；使PVC大分子中存在過氧化物鏈，使其分解溫度降低，在精餾系統中易分解為氯化氫、甲醛、一氧化碳，并降低VCM的PH值。

鐵離子的存在，將促進氧與氯乙烯生成過氧化物，過氧化物在重復上述過程的同時，在鐵離子和酸的存在下還會引發氯乙烯的聚合，生成聚合度較低的聚氯乙烯（易造成管道設備堵塞，主要是精餾系統設備、管線）；會延長反應的誘導期，減慢反應速度，使PVC熱穩定性變差、降低產品介電性能；還會參與有機過氧化物引發劑的反應，消耗一部分引發劑，影響聚合反應速度。

容易導致自聚物的增加，從而堵塞精餾設備和管線，需要檢修才能清理，影響正常生產。

容易形成酸性物質，腐蝕設備管道，影響設備使用周期，還會造成安全隱患。

精餾尾氣冷凝器易結冰，影響換熱效果，增加成本和能耗。

2 改造前氯乙烯壓縮精餾排水系統現狀

2.1 氣柜水封排污現狀

氯乙烯氣柜設有三個水封，其中兩個合成系統水封，一個精餾系統水封，操作工每小時對水封罐進行排水，由于水封罐未設置液位計，操作工只能使用木榔頭敲擊判斷液位，且因人而異，有時會將氯乙烯氣體排出，嚴重時可能導致氯乙烯泄漏，存在人員中毒及火災爆炸風險。（工藝流程如圖1所示）

圖1 氯乙烯氣柜工藝流程簡圖

2.2 精餾系統排污現狀

氯乙烯精餾工段現有兩條生產線，一二期各有86m3油水分離器及48m3分水槽各1臺，由于液體氯乙烯的密度為947.1kg/m3，水的密度為1 000kg/m3，氯乙烯在水中的溶解度不大，可借助密度差進行分層，通過操作工手動操作，每小時對油水分離器及分水槽進行排水，排放后的水進入氯乙烯集水槽，集水槽夾套間通97℃水加熱回收水中的氯乙烯，排水時一只手操作閥門，另一只手放在排水管線上感知管線溫度，當有液態氯乙烯排出時，管線溫度會急劇下降，此時認為水已排干凈，操作工迅速關閉閥門。此排水方法對操作工要求較高，且因人員感知不同，排水量也不同，排水較少時造成氯乙烯單體含游離水，進入低塔后會造成塔盤自聚堵塞，設備管線腐蝕等。改造前工藝流程簡圖2。

圖2 氯乙烯精餾系統改造前工藝流程圖

3 改造后氯乙烯壓縮精餾排水流程及運行

3.1 氣柜水封排污改造

對氯乙烯氣柜水封加裝液位計，實時監控氣柜水封液位，避免液位過高造成氯乙烯氣柜進口管線造成液封，從而導致壓縮機進口管線抽負壓。將現有水封排污接至低位槽，水封排污閥常開，通過液位控制實現自動控制。當液位達到50cm時打開低位槽排污閥，排污至低位槽液位達到20cm時關閉低位槽排污閥。低位槽采用97℃熱水夾套升溫的方式回收排污水中溶解的氯乙烯。如水封液位上升則可能是水封排污有堵塞現象，通過疏通排污的方式保證水封中不存水。這樣既避免了員工操作失誤可能導致的氯乙烯泄漏造成中毒、火災爆炸現象，也能從一定程度上減輕氯乙烯對人體的毒害，降低了罹患職業病的風險。改造后的工藝流程簡圖見圖4。

圖3 氯乙烯氣柜改造后工藝流程圖

3.2 精餾系統排水自動化改造

對精餾現有排水系統進行改造，將油水分離器及分水槽現有排污手閥更改為氣動閥，設置排污時間間隔為1h，油水分離器與分水槽排污先后差30min，這樣既保證每小時排污一次頻次要求，也能保證分水槽與油水分離器按順序及頻次進行排污。油水分離器及分水槽通過液位及壓力控制實現自動排污。排污時，當集水槽壓力上升至0.1Mpa時即可認為分水槽或者油水分離器水已排完，此時系統自動關閉排污氣動閥。當集水槽液位達到70cm且集水槽壓力小于0.02Kpa時，即可認為集水槽中氯乙烯回收完畢，此時打開集水槽外排閥進行排水，當液位排至10cm時，排水完成，系統自動關閉集水槽排污閥。改造前全部為手動控制，排污時長及集水槽外排全部靠操作工進行，排污過多會造成排污管線凍堵。改造后加裝了氣動閥且在氣動閥后加裝了溫度計。當排污時間過長時中控DCS畫面提示“排污凍堵，請檢查”字樣。防止因排污量大造成管線凍堵現象。改造后工藝流程如圖4。

圖4 氯乙烯精餾系統改造后工藝流程圖

從長遠來看，結合我國富煤少油的資源特點，電石法PVC生產將長期存在。近年來氯乙烯生產事故頻發，對電石法生產PVC影響巨大。因此，為了電石法PVC持續發展，增強電石法PVC的產品競爭力。提高電石法生產PVC過程自動化控制，是企業發展的當務之急。電石法PVC生產廠家必須加快自動化改造才能在未來越發嚴峻的安全環保形勢下站穩腳跟。