液氯充裝過程實現自動化控制

唐繼平

(石河子天域新實化工有限公司，新疆 石河子832000)

1 液氯充裝工藝流程簡述

石河子天域新實化工有限公司(簡稱“天域新實化工”)始建于2004年，設計總規模為24萬t/a聚氯乙烯樹脂，配套18萬t/a離子膜法燒堿，副產液氯5 kt/a，液氯是氯堿生產的主要產品之一，廣泛應用于工業生產中，屬于劇毒危險化學品。為便于運輸和儲存，液氯充裝是不可缺少的生產工序，但在液氯充裝過程中，存在泄漏、爆炸、中毒等危害。國內目前采用的充裝技術主要是液下泵輸送，人工現場包裝。因此，液氯充裝逐步向自動化控制方向發展，采取合理有效的液氯充裝工藝十分重要，可以保證正常操作時無泄漏，出現氯氣泄漏時能及時將氯氣進行無害化處理，保證人的生命安全。

干燥氯氣進入氯氣冷凝器，在冷凝器中與冷凍機輸送過來的制冷劑進行間接換熱，氯氣被降溫液化，液氯通過氣液分離器下部經液封進入液氯儲槽，經由液氯儲槽下部的閥門、管道、管道過濾器，液氯進入液氯充裝中間罐。中間罐底部比液氯儲槽底部低約900 mm。中間罐上部的氣相空間有氯氣平衡管與液氯儲槽相通，液下泵的機械密封上下有兩道干燥氮氣或空氣做密封氣，作用是防止氯氣外漏和減少軸承、軸套與軸的摩擦。液氯在液氯泵通過四個葉輪的四級增壓，達到充裝壓力，通過自動控制系統裝入鋼瓶。充裝時產生的廢氣用次氯酸鈉生產系統通過抽空分配臺抽真空，抽出氯氣用循環堿液吸收生產次氯酸鈉。

液氯充裝工藝流程如圖1所示。

圖1 液氯自動充裝工藝流程圖Fig.1 Automatic liquid chlorine filling process flow

2 液氯充裝系統

液氯充裝系統分為手動充裝、半自動充裝、全自動充裝系統。

2.1 手動充裝系統

充裝時，手動打開鋼瓶瓶閥，打開氯氣抽空閥，記錄鋼瓶的皮重并試漏確認無異常后，待抽除瓶內壓力及余氯后，關閉抽空閥，打開液氯充裝閥，進行自動充裝。當充裝到規定數量時，關閉液氯的充裝閥及鋼瓶瓶閥，打開氯氣抽空閥，抽除對接銅管內的余氯。查看抽空管線的負壓情況，如果是負壓，卸下對接銅管，進行稱裝復稱。

2.2 半自動充裝系統

在顯示屏點開半自動充裝按鈕，開始充裝時，手動打開鋼瓶瓶閥，在充裝顯示屏上打開氯氣抽空閥，待抽除瓶內壓力及余氯后，設定的抽空時間到了后，抽空閥自動關閉，在充裝顯示屏上打開液氯充裝閥，進行自動充裝。充裝到規定數量時，應先手動關閉液氯的充裝閥及鋼瓶瓶閥，在充裝顯示屏手動打開氯氣抽空閥，抽除對接銅管內的余氯。查看抽空管線的負壓情況，如果是負壓，卸下對接銅管，進行稱裝復稱。

2.3 全自動充裝系統

2.3.1 液氯鋼瓶自動充裝

在顯示屏點開自動充裝按鈕，將本廠有電子標簽的鋼瓶放在電子秤上并接好充裝管，打開掃描槍，選擇充裝復秤(本廠有標簽瓶)，輸入兩位秤號及充裝人編號，掃描充裝秤上的鋼瓶電子標簽，驗證正確后自動打開閥門充裝，電腦則會顯示如圖2所示信息。現場充裝時系統會閃爍綠燈報警，充入80%時會黃色閃爍預報警啟動，90%時是紅色閃爍報警，達到目標值時氣動閥自動斷開，將充裝管通過自動抽空系統抽空充裝管內殘余液氯，斷開充裝管，將鋼瓶移走。充裝下一瓶。

圖2 液氯自動充裝系統Fig.2 Automatic liquid chlorine filling system

自動復秤操作過程和充裝過程大體相同，不同點是復秤不需要接充裝管路，系統會根據配置自動判斷是充裝還是復秤。誤差在充裝設定允許范圍內(1 000±5) kg則完成復秤。

2.3.2 槽車自動充裝

在顯示屏點開自動充裝按鈕，正確連接裝卸臂與承壓罐車的液相管和氣相管，首先裝好氣相管，開啟裝卸臂與承壓罐車上的氣相閥和緊急切斷閥，然后安裝液相管，打開承壓罐車上的緊急切斷閥，打開抽空閥，對罐車進行抽空，抽空后，關閉抽空閥，開啟充裝閥進行充裝，充裝量符合要求后，依次關閉裝卸臂上抽空閥和承壓罐車上的液相充裝閥，開啟裝卸臂上抽空閥進行抽空，抽空結束后，卸下液相管和氣相管，充裝結束。槽車自動充裝系統在連接管線后可實現遠程控制。

2.3.3 液氯儲槽自動切斷

液氯儲槽是儲存液氯的固定式壓力容器，監視控制部分利用計算機控制，控制部分配備UPS電源、通過編程的軟件實現設備信號傳輸，每個儲槽液位、壓力、溫度、液氯泵狀態、停止、有毒有害氣體探頭等設備數據遠傳顯示，與生產充裝系統過程形成因果條件，實現邏輯聯鎖控制。液氯儲槽進出口不僅設有DCS緊急切斷閥與液位聯鎖，達到聯鎖值自動切斷，還設置了安全儀表系統(SIS)。有雷達液位計和射頻導納液位計與SIS系統聯鎖，當任何一個液位顯示值超過80%時都會緊急切斷。此系統的設置保證了液氯儲槽液體泄漏時能及時與其他系統斷開，確保系統安全。

2.3.4 密閉采樣系統

此系統的優點在于系統取樣過程中始終處于全密閉，氯氣不會外逸，既保護了環境，又保證了人員身體健康。密閉取樣系統流程圖見圖3。

圖3 密閉取樣系統流程圖Fig.3 Process flow of closed sampling system

密閉取樣系統操作步驟如下。

(1)采樣前確認所有閥門處于關閉狀態。

(2)安裝好鋼瓶后連接金屬軟管，打開鋼瓶兩端閥門2、閥門3和蒸汽出入口閥門。

(3)打開氣源開關，啟動增壓泵，打開閥1，采樣閥開關調至“采樣”，打開閥4使介質循環一段時間后鋼瓶充滿新鮮樣品。

(4)依次關閉閥3、2、1，把采樣閥開關調至“抽空”，介質經出口去生產次氯酸鈉，待壓力表值穩定后，關閉閥4、采樣閥、氣源開關。

(5)取樣完畢后，脫下金屬軟管，取下鋼瓶，金屬軟管接頭與固定端接頭閉合，完成取樣。

2.3.5 事故處理系統

液氯儲槽液氯泄漏后，泄漏后的液氯經堿液噴淋設施噴淋吸收，吸收后的堿液經地溝槽流入事故池收集。堿液吸收不完全的氣體經現場抽氣軟管抽至次氯酸鈉生產系統，循環堿液吸收氯氣生產次氯酸鈉。此事故處理系統采用全自動控制系統，一旦氯氣泄漏空間質量濃度超過1 mg/m3，有毒氣體報警探頭檢測到泄漏源，則有毒氣體報警探頭聯鎖抽空閥自動打開抽空，同時總控室操作人員啟動事故噴淋泵，堿液從噴頭噴出吸收氯氣，此系統從液體、氣體兩相進行吸收處理，能快速降低空氣中氯氣含量。

3 全自動控制的優點

液氯是劇毒化學品，采用常規手動充裝系統，需要充裝工現場操作，充裝工不得離開現場，一旦人員操作失誤或者設備工藝故障，會對人員生命造成威脅。

本次全自動充裝系統的改造，采用自動智能充裝及智能管理系統技術，能有效降低人身傷害事故的發生。正常充裝時，液氯充裝系統設置有預警系統，達到規定值會提前預警，達到規定充裝量時，會聯鎖自動切斷充裝閥門。設備管線氯氣泄漏后，氯氣空間質量濃度超過1 mg/m3時，現場有毒氣體檢測儀會檢測到氯氣泄漏并報警，達到設定報警值高報2.5 mg/m3，系統會聯鎖氯氣抽空閥門打開，液氯充裝閥門關閉，事故堿液噴淋系統遠程啟動噴淋堿液。此過程人員無需現場近距離操作。項目建成后，形成5 kt/a液氯產能，充裝速度1.5 t/h，生產過程采用全智能充裝系統及信息綜合管理，鋼瓶充裝質量嚴格控制在(1 000±5) kg，中間罐液位控制在20% ～60%，低于20%聯鎖停泵，高于60%時聯鎖關閉進口閥門，能最大限度降低危險事故的發生。

4 結語

液氯生產裝置作為重大危險源，以往常規生產充裝液氯工藝，需要較多的充裝工參與充裝，存在引發危險事故的因素，通過液氯生產充裝自動化技術改造，避免出現液氯超裝的風險，液氯生產充裝安全系數進一步提高，降低了液氯生產充裝的危險性，最大限度地防止了超裝事故的發生，為液氯生產充裝的安全、可靠、運行提供保障。