離子膜燒堿配套蒽醌法雙氧水生產(chǎn)的連鎖設(shè)計(jì)與應(yīng)用

謝仲陽(yáng)

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西 柳州 545600）

蒽醌法生產(chǎn)雙氧水是目前的主流工業(yè)生產(chǎn)方法，以鈀為催化劑的固定床工藝已成為雙氧水生產(chǎn)發(fā)展的方向，廣西柳化氯堿公司的生產(chǎn)裝置就采用了該生產(chǎn)工藝，10萬t/a 裝置由黎明化工研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。

該公司2套生產(chǎn)裝置由不同的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，在2個(gè)系統(tǒng)氫平衡的問題上連鎖邏輯設(shè)計(jì)是真空的，為此，根據(jù)公司的生產(chǎn)實(shí)際情況，做出了符合安全生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)并投入應(yīng)用。

1 離子膜燒堿中氯氫系統(tǒng)連鎖、氯化氫合成系統(tǒng)及雙氧水供氫系統(tǒng)概述

1.1 離子膜燒堿中氯氫系統(tǒng)連鎖

從電解槽出來的濕氯氣，一般溫度較高，并伴有水蒸氣及鹽霧等雜質(zhì)。干燥氯氣前，通常先使氯氣冷卻，除去大部分水蒸氣，然后，用干燥劑進(jìn)一步除去水分。干燥后的氯氣經(jīng)過壓縮，送到氯氣分配臺(tái)再分送給后續(xù)的液氯包裝、氯化氫合成工序。

從電解出來的氫氣，其溫度稍低于電解槽槽溫，并含有飽和水蒸氣，還帶有鹽和堿的霧沫，所以應(yīng)進(jìn)行冷卻和洗滌，冷卻后的氫氣由氫氣壓縮機(jī)壓縮到一定的壓力后，經(jīng)氫氣分配臺(tái)分送到后續(xù)的雙氧水、氯化氫合成工序。

電解槽與氯氫系統(tǒng)連鎖邏輯關(guān)系見圖1。

圖1 電解槽與氯氫系統(tǒng)連鎖邏輯關(guān)系圖

電解槽全停時(shí)，氯壓機(jī)和氫壓機(jī)全停、氯氣總閥和氫氣總閥全關(guān)。

1.2 氯化氫合成系統(tǒng)

從氯氣分配臺(tái)來的氯氣和從氫氣分配臺(tái)來的氫氣在合成爐底部燃燒器燃燒，并通過比值調(diào)節(jié)控制氫氣與氯氣的摩爾比為1.25∶1.00～1.35∶1.00（理論上為1.05∶1.00～1.10∶1.00），燃燒后，合成氣溫度可以達(dá)到1 300 ℃以上。生產(chǎn)工藝圖見圖2。

圖2 氯化氫合成系統(tǒng)生產(chǎn)工藝圖

從圖2可以看出，比值調(diào)節(jié)中是利用氯氣的量來控制氫氣的量，以達(dá)到氯氫在合成系統(tǒng)中的平衡，保證安全生產(chǎn)。

電解槽全停時(shí)，進(jìn)HCl 合成爐的FV-5451B 和HV-5458B（氯氣）、FV-5452B 和HV-5459B（氫氣）閥全關(guān)，HV-5462B 打開，注入氮?dú)庵脫Q合成爐內(nèi)混合氣體。

1.3 雙氧水供氫系統(tǒng)

從氫氣分配臺(tái)來的氫氣經(jīng)過氫壓機(jī)二次加壓達(dá)到0.35～0.40 MPa 后，經(jīng)手動(dòng)遙控閥HV-5482調(diào)節(jié)送到到雙氧水生產(chǎn)工序，氫壓機(jī)出口安裝有回流調(diào)節(jié)閥以保證前后工序的氫壓力平衡。氫壓機(jī)采用單獨(dú)的西門子S7-200PLC 控制，通過MODBUS 協(xié)議與浙大中控ECS-100DCS 通訊，顯示整個(gè)機(jī)組的關(guān)鍵控制點(diǎn)和運(yùn)行狀態(tài)。

2 2套生產(chǎn)裝置氫平衡時(shí)存在的問題

（1）電解槽全停時(shí)，氯壓機(jī)及氫壓機(jī)全停，但送雙氧水的氫壓機(jī)由于是在氫氣分配臺(tái)之后（屬于雙氧水的設(shè)計(jì)范疇），并沒有參與到電解槽的連鎖中，因此不會(huì)跳停，會(huì)繼續(xù)抽負(fù)管道，存在著生產(chǎn)安全隱患。

（2）雙氧水突然跳停時(shí)，盡管有分配臺(tái)與送雙氧水氫氣總管的回流閥PV-5481調(diào)節(jié)壓力，但送雙氧水氫氣總管壓力還是會(huì)突然增加，回流閥的調(diào)節(jié)并不能迅速降低總管壓力，設(shè)計(jì)中，沒有壓力超高報(bào)警及放空、連鎖跳車等邏輯設(shè)計(jì)，存在著生產(chǎn)安全隱患。

（3）當(dāng)回流閥PV-5481故障或其他原因?qū)е路峙渑_(tái)壓力過低時(shí)，沒有設(shè)計(jì)相關(guān)的放空或停車連鎖，無法保證HCl 合成爐的安全生產(chǎn)，存在較大的安全隱患。

3 2套生產(chǎn)裝置之間的氫平衡連鎖設(shè)計(jì)與應(yīng)用

根據(jù)一年多運(yùn)行中，存在的問題，工藝和自動(dòng)化專業(yè)人員對(duì)氫平衡系統(tǒng)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)出新的連鎖邏輯方案，經(jīng)過調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后投入到實(shí)際應(yīng)用中。新設(shè)計(jì)連鎖方案見圖3。

圖3 新設(shè)計(jì)的連鎖方案

（1）電解全停后，送雙氧水的2臺(tái)氫壓機(jī)也必須停止，并關(guān)閉HV-5482遙控閥門起到雙保險(xiǎn)的作用，再輸送1個(gè)信號(hào)到雙氧水主控室告知電解槽全停，雙氧水根據(jù)緊急停車步驟有序停車；在這里的連鎖停車中，就要用到氫壓機(jī)PLC 與DCS 通過MODBUS 通訊采集的啟/停動(dòng)作輸出信號(hào)，所以，在選PLC 時(shí)需預(yù)留通訊端口，并要求設(shè)備廠家在出廠時(shí)配置有MODBUS 控制協(xié)議的通訊編程，提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址，方便DCS 讀取，這是在采購(gòu)設(shè)備時(shí)必須注意的技術(shù)細(xì)節(jié)。

（2）雙氧水跳車時(shí)，送雙氧水氫壓機(jī)全停并關(guān)閉HV5482遙控閥，在分配臺(tái)處增加的放空閥緊急打開GCFF75%的位置（這是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出的），以保證氫氣分配臺(tái)的壓力不超壓和不低于70 kPa，讓HCl 合成爐能繼續(xù)安全生產(chǎn)；送雙氧水氫氣總管增加1個(gè)壓力檢測(cè)點(diǎn)（PI-5483）和超壓放空閥（HV-5483）連鎖，當(dāng)后續(xù)工序出現(xiàn)問題導(dǎo)致超壓時(shí)，放空閥打開，以保證氫氣總管壓力在安全范圍。

（3）氫氣分配臺(tái)的壓力檢測(cè)采用雙壓力檢測(cè)，二者同時(shí)滿足壓力低于70 kPa 時(shí)（二選二的邏輯關(guān)系），送雙氧水氫壓機(jī)全停并關(guān)閉HV-5482遙控閥；回流閥采用故障狀態(tài)處于完全打開位置的工作形式并配置好旁路手閥，以保證閥門故障時(shí)氫氣能循環(huán)回到分配臺(tái)，確保HCl 合成爐安全生產(chǎn)。

（4）硬件和軟件改造后，在DCS 中編程下載進(jìn)行調(diào)試，新設(shè)計(jì)的連鎖邏輯方案解決了2套生產(chǎn)裝置氫平衡時(shí)存在的問題，滿足了安全生產(chǎn)的要求。

4 結(jié)語

離子膜燒堿配套雙氧水生產(chǎn)是近發(fā)展起來的一種新配套生產(chǎn)模式，利用電解出來的高純度氫氣，可以充分節(jié)約雙氧水的生產(chǎn)成本。2套生產(chǎn)裝置聯(lián)產(chǎn)最主要的就是氯氫平衡的問題，氯氣的消耗必須配套，例如氯化石蠟的生產(chǎn)裝置。工藝不同，設(shè)計(jì)就不同，2套不同的裝置需要聯(lián)產(chǎn)時(shí)，就會(huì)存在設(shè)計(jì)的遺漏，需彌補(bǔ)設(shè)計(jì)的不足、完善優(yōu)化工藝以滿足安全生產(chǎn)。