安全儀表系統在離子膜電解槽上的應用

李愛軍，白靜，靳寶寶

(陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司，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、二期離子膜燒堿裝置各配備12臺電解槽，分別于2010年、2012年投產。近年來，安全生產形勢日益嚴峻，特別是最近兩年，國內危險化學品企業相繼發生多起安全事故。因此，國家對危險化學品生產企業提出了更高的安全要求。北元化工立足于企業自身安全發展，于2019年6月分別在離子膜電解槽裝置配備了安全儀表系統，為生產系統安全穩定運行提供了可靠保障。

1 工藝流程

精制后的二次鹽水從陽極高位槽流出，循環堿液從陰極高位槽流出，經過進槽鹽水流量調節閥、進槽陰極流量調節閥調節流量后，進入電解槽。在電解過程中，陽極側Cl-失去電子生成Cl2，陰極側H2O得到電子生成H2與OH-，少量OH-通過離子膜由陰極室反滲透至陽極室，質量分數18%的鹽酸通過自控閥調節流量后連續加入陽極室以中和反滲透過來的OH-，控制出槽陽極液pH值在3.5～5.5。電解陽極產生的氯氣進入氯氣洗滌塔，通過循環降溫、洗滌除去氯氣中大量水分、鹽霧后，進入鈦管冷卻器；鈦管冷卻器出口氯氣溫度控制在(14±2) ℃后，進入水霧捕集器進一步除去水分，經氯氣調節閥送至氯氫處理工序；產生的淡鹽水加入質量分數18%的鹽酸酸化后，經過脫氯塔物理脫氯與加入亞硫酸鈉化學脫氯除去游離氯后送至一次鹽水工序。陰極產生的氫氣進入氫氣總管送至氯化氫工序，陰極液中摻雜的部分氫氣經氫氣分離器進一步分離回收后并入氫氣總管；產生的陰極液一部分經陰極液泵打入陰極高位槽供電解槽循環，剩余部分送至蒸發罐區[1]。

2 安全儀表系統

2.1 安全儀表系統構成及功能

安全儀表系統(以下簡稱SIS)由傳感器、邏輯運算器、最終執行元件和電源等構成，用于當工藝系統參數超越預定的正常工況時，發出報警信息或直接執行預定程序，防止事故的發生或降低事故帶來的危害及其影響。

2.2 安全儀表系統的實施

采用危險和可操作性研究方法(HAZOP)，識別出新擴建項目或已投產項目在設計過程中所涉及工藝流程、相關設備的危險事件及導致事件順序的潛在危險；通過對辨識出的危險進行定量分析，確定所需SIF回路的SIL等級要求；編制安全要求規格書，將輸入、輸出、邏輯功能以及SIL等級整理成技術文件，然后通過對安全要求規格書進行SIS設計、邏輯控制器的硬件集成和軟件組態、安裝和調試；進入日常運行、維護、修改、變更及旁路管理。

3 離子膜電解槽安全聯鎖

3.1 離子膜電解槽單槽安全聯鎖

離子膜燒堿裝置正常生產過程中，精制鹽水從精鹽水高位槽流出，陰極液從陰極高位槽流出，經過進槽鹽水調節閥、進槽堿液調節閥調節后進入電解槽。在此過程中，若進電解槽陰、陽極液的流量過少，電解槽單元槽液位下降,離子膜干燒著火爆炸，會造成人員傷亡,設備損壞[2]。因此北元化工對24臺電解槽分別配備了如下安全聯鎖：當進槽精鹽水流量(1臺測量儀表，當這臺儀表檢測值小于設定值時，觸發聯鎖。簡稱“一選一”)低低、進槽堿液流量(一選一)低低，聯鎖單槽整流柜控制器跳閘。

當離子膜電解槽陰、陽極壓力過高時，會造成離子膜機械損傷，局部出現撕裂或強度降低，陰極側氫氣進入陽極側，導致氯內含氫量升高，嚴重時會發生著火爆炸事故。為防止此類惡性事故發生，北元化工對24臺電解槽分別配備如下安全聯鎖：當陰極壓力(一選一)高高或陽極壓力(一選一)高高時，聯鎖單槽整流柜控制器跳閘。

當離子膜電解槽槽溫過高時，會造成離子膜分層起泡，嚴重時使離子膜產生針孔，陰極側的氫氣進入陽極側，導致氯內含氫量升高，嚴重時會發生著火爆炸。為防止此類惡性事故發生，北元化工對24臺電解槽分別配備如下安全聯鎖：當槽溫(一選一)高高，聯鎖單槽整流柜控制器跳閘。

同時設置安全聯鎖緊急停車事故操作盤。當單槽發生緊急狀況時，操作人員可按下單槽急停按鈕，通過SIS直接切斷該臺電解槽的整流供電。

離子膜電解槽單槽安全聯鎖邏輯如圖1所示。

圖1 離子膜電解槽單槽安全聯鎖邏輯圖

3.2 離子膜電解槽單線安全聯鎖

北元化工離子膜燒堿裝置正常生產過程中，精鹽水高位槽、陰極液高位槽始終保持溢流狀態，防止進槽陰、陽極流量過低，造成電解槽單元槽液位下降而使離子膜干燒，甚至著火爆炸。為防止離子膜液位過低，北元化工對A、B、C、D 4條線離子膜電解裝置分別配備了安全聯鎖。當精鹽水高位槽液位(一選一)低低、陰極液高位槽液位(一選一)低低時，聯鎖單線整流柜控制器跳閘。

由于氯氣總管壓力過高，超出管道的耐壓程度后，會造成氯氣泄漏，污染環境，嚴重時會造成人員中毒傷亡。因此，北元化工對4條線離子膜電解裝置分別配備如下安全聯鎖：當氯氣總管壓力(三選二)高高時，聯鎖單線整流柜控制器跳閘。

同時設置SIS緊急停車事故操作盤，當發生緊急狀況時，操作人員可按下急停按鈕，通過SIS直接切斷單條線整流供電。

離子膜電解槽單線安全聯鎖邏輯如圖2所示。

4 應用效果

北元化工離子膜電解槽裝置自2019年6月配備安全儀表系統以來，安全儀表系統運行穩定，能夠在生產系統出現異常狀況時及時切出生產系統。2019年8月18日，崗位人員誤將電解D線F槽進槽鹽水總閥關閉，導致進槽鹽水流量低低觸發單槽安全儀表系統停車，避免了電解槽進槽鹽水流量過少而引發離子膜干燒甚至著火爆炸事故。

圖2 離子膜電解槽單線安全聯鎖邏輯圖