次鈉環保裝置完善優化總結

蔡德忠，熊 鵬

（新疆中泰化學股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830009）

新疆華泰重化工有限責任公司裝置目前共有3套4條生產線的高電密自然循環離子膜電解裝置，1#裝置采用氯工程電解槽，產能11萬t/a（折百燒堿），2#裝置、3#裝置A、B系統為北化機電解槽，產能分別為11萬t/a（折百燒堿）、15.5萬t/a（折百燒堿）、15.5萬t/a（折百燒堿）。

離子膜電解裝置陽極室電解產物為氯氣，工作場所空氣中氯氣允許濃度為1 mg/m3。電解裝置正常生產時產生的少量廢氯氣以及裝置應急狀態或裝置停車時設備管線內積存的氯氣都需要進行吸收處理，嚴禁直接排入大氣。利用氯氣與燒堿溶液反應生成次氯酸鈉的特性，可通過次鈉環保裝置來吸收廢氯、事故氯氣，并且計劃生產次氯酸鈉。因為該反應是一個放熱的過程，需要設計換熱器，通過冷凍水將反應產生的熱量帶走。反應化學方程式為2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O+106 kJ。

1 次鈉環保裝置的原始設計狀態及存在缺陷

1#次鈉環保裝置設計上采用2個罐、3臺堿液循環泵、1臺成品次鈉泵、2臺次鈉風機、2個塔和2臺列管式鈦冷卻器。二塔串聯設計，中間1臺循環泵給兩邊的2臺泵同時備用。原始設計尚有堿液高位槽，環保裝置相關機泵接有保安電源，換熱器出口管線可以互相切換，以備換熱器內漏時切換使用。但如果閥門出現內漏，會造成一個罐的循環吸收液通過內漏的閥門進入另一個次鈉罐，造成配比失衡。液相主管線原始設計為UPVC管線，運行達到一定年限后，管線強度下降，帶壓運行時，存在泄漏噴濺的安全隱患。氯酸鹽分解槽氯氣管線原始設計為將氯氣送到次鈉環保裝置，這增加了次鈉裝置的負荷，且次鈉產量較大，影響生產平衡。

2#次鈉環保裝置設計上采用4個罐、4臺堿液循環泵、2臺次鈉風機、2個塔和2臺板式鈦換熱器，二塔串聯設計，但未設計堿液高位槽，動力電跳閘應急時，存在安全隱患；氯酸鹽分解槽氯氣管線設計為送往原氯，未設計到廢氯吸收裝置的管線，檢修置換存在難度；頭塔的堿液循環泵電機功率較高，未設計變頻，啟泵時，壓力太高可能造成法蘭墊片沖開，堿液噴濺，存在一定安全隱患；板式換熱器設計面積只有10 m2和1.7 m2，無法滿足大量通氯產次鈉時的工藝需要，溫度上升過快，有次鈉分解的風險；原始設計時，次鈉塔未考慮高氯次鈉對塔體的腐蝕，造成塔體強度不夠，已出現過泄漏情況。

3#裝置次鈉環保裝置設計上采用2個罐、2臺堿液循環泵、2臺次鈉風機、2個塔、2臺列管式鈦換熱器、二塔串聯設計，配套設計有堿液高位槽，且高位槽液相出口管線分2支分別加裝氣動閥至頭塔及尾塔噴淋，分別設置連鎖；氯酸鹽分解槽氯氣管線設計為送往廢氯吸收；成品次鈉泵只有1臺，未設計備用泵，該泵出現故障時，將影響及時往罐區交次鈉。

整體上來說，原始設計的次鈉環保裝置將生產應急與計劃產次鈉的功能合二為一了，沒有獨立的專門用于計劃生產次鈉的裝置，而且次鈉尾氣排空口原始設計上未設計氯氣檢測報警裝置，存在無法及時檢測的風險。

2 次鈉環保裝置改造情況及運行現狀

各套次鈉環保裝置頭塔相關設備主要參數見表1。

表1 頭塔相關設備的主要參數

1#次鈉環保裝置主管線目前已由UPVC管線更換為CPVC管線，管線強度大大提高，因此，裝置對因系統壓力抗泄漏情況的抵御能力增強。列管換熱器出口切換閥門已斷開，目前為每個塔單獨固定使用1臺換熱器，杜絕了液體互串對裝置運行的影響。氯酸鹽分解槽氯氣管線原始設計為將氯氣送到次鈉環保裝置，已增加去原氯的管線并可以互相切換，使裝置不再被動大量生產次鈉，可根據生產需要隨時調整氯氣通量。

2#次鈉環保裝置的最大缺陷是原始設計未配套堿液高位槽，現已完善了堿液高位槽和在堿液、工業水、壓縮空氣管線，下液管線上安裝氣動閥與次鈉堿液循環泵全停的信號設置連鎖，使工藝設計趨于完善。高位槽處加蓋彩板房，解決冬季防凍問題。原始設計的板換僅考慮開停車應急問題，換熱面積不足，通過測算，頭塔的板換并聯了1臺25 m2鈦板換，尾塔的板換并聯了1臺10 m2的板換，有效解決了在開停車及計劃產次鈉通氯量過大時換熱能力不足可能造成次鈉分解發生環保事故的隱患。因高氯次鈉含鹽量較高，造成次鈉罐底逐漸有鹽析出，板式換熱器板片間縫隙較小，通徑小于列管式換熱器，容易造成鹽堵塞板片，采取定期對次鈉罐底的鹽進行清罐的措施以保障環保裝置安全平穩運行。

2#次鈉環保裝置頭塔的堿液循環泵電機功率為45 kW，啟動電機時，泵壓較高，存在出口墊片沖開、泄漏的風險，增加了變頻器，使啟泵操作更加安全。從本質安全化的角度考慮，對酸、堿、次鈉等介質管線均安裝了法蘭防護圈，確保操作人員和設備的安全。

2#次鈉塔原始設計材質為玻璃鋼。根據銷售需要，實際生產次鈉以高氯次鈉居多，有效氯含量為160～180 g/L，對玻璃鋼緩慢腐蝕，已造成塔體出現泄漏情況。對塔體進行改造，更換為PVC+玻璃鋼加強塔體，增加了塔體強度及抗腐蝕能力，避免有毒有害物質泄漏及影響正常生產。

2#氯酸鹽分解槽原始設計氯氣去原氯，現已增加去廢氯吸收裝置的管線及切換閥門，確保工藝設計完善及檢修時的氯氣合理去向。

3#成品次鈉泵無備用泵。已利用次鈉裝置改造機會，增加了備用泵，完善了環保裝置的工藝設計。

3套次鈉裝置風機排空口都在樓頂，但原始設計均無氯氣檢測探頭，目前已加裝氯氣檢測探頭，增加了系統安全系數。

針對原始設計上沒有獨立的專門用于計劃生產次鈉的裝置、每套次鈉裝置既作為應急裝置又用于計劃生產次鈉的問題，對現有次鈉裝置進行改造。依托3#裝置次鈉環保裝置，將3#次鈉裝置的氯氣通過增加新管線引至2#次鈉裝置頭塔的進口，使3#次鈉裝置具備割開管線進行工藝改造的施工條件，增加1臺氯氣吸收塔、1臺列管鈦換熱器、2臺循環堿液泵、1臺成品次鈉泵。將現有串聯的2臺氯氣吸收塔改為并聯的頭塔，將新增的氯氣吸收塔作為公共的尾塔，新增次鈉堿液循環泵將次鈉堿液送至列管換熱器冷卻后，進入新增的氯氣吸收塔，出塔的次鈉堿液分別配制可以去4個次鈉罐的管線并分別安裝閥門。從3#裝置正常生產時送來的氯氣由新管線送往2#裝置，加裝2道手動蝶閥，從而可以具備切換條件，正常情況下，3#裝置產生的廢氯送往2#裝置，3#裝置作為脫離生產裝置專門計劃生產次鈉的裝置；在2#裝置異常情況下及停車大檢修時，3#裝置產生的廢氯仍可切換送回3#次鈉裝置。增加從1#鹽酸、2#鹽酸送來的氯氣管線，分別增加氣動閥。改為并聯頭塔的2個塔的進口在來自鹽酸工序的管線上分別增加氣動閥，加上原有3#裝置鹽酸工序來的氯氣管線上有氣動閥，則每套裝置的氯氣都可以自控送往3#次鈉裝置。使改造后的3#裝置次鈉裝置具備完全計劃產次鈉的條件。

次鈉環保裝置技措改造后，能完成計劃產次鈉的流程中，氯氣氣相部分示意圖見圖1。

3 改造完善優化效果

通過上述改造，次鈉環保裝置從工藝設計層面達到了安全環保設計規范的要求，無論是開停車及應急處理，還是正常生產時的計劃生產次鈉，都具備安全生產的條件。操作環境和工藝操作條件進一步改善，裝置穩定性大大提高，同時，達到了安全環保部門對于次鈉裝置必須是應急裝置與計劃生產次鈉的裝置分開的要求。各套次鈉裝置的完善優化在實現安全環保效益的同時，也產生了相應的經濟效益。

圖1 次鈉環保裝置改造后氯氣氣相部分示意圖