合成氯化氫安裝游離氯在線分析儀技術(shù)的應(yīng)用

任 杰，易多濤，劉大剛

（中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 阿拉善盟 750336）

中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中鹽吉蘭泰”）36萬(wàn)t/a燒堿配套40萬(wàn)t/a PVC，共有2條生產(chǎn)線。合成氯化氫工序共有9臺(tái)合成爐，分別供給VCM合成工序一期、二期混合脫水。氯化氫含游離氯是通過(guò)人工每小時(shí)一次進(jìn)行分析，如遇到生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，特別是發(fā)生緊急情況下，在調(diào)節(jié)合成爐氫氣、氯氣配比過(guò)程中，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)氯化氫是否存在過(guò)氯情況。曾經(jīng)在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中由于氯化氫過(guò)氯，VCM混合脫水多次發(fā)生爆炸事故事件，存在很大的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。為此該公司決定在氯化氫總管安裝游離氯在線分析儀，用以提高生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 氯化氫過(guò)氯的原因及危害

在聚氯乙烯（PVC）樹(shù)脂的生產(chǎn)中，氫氣與氯氣在合成爐中燃燒生成氯化氫，氯化氫再與乙炔合成氯乙烯，合成氯化氫時(shí)預(yù)防過(guò)氯是安全生產(chǎn)防范工作的重點(diǎn)任務(wù)。因?yàn)槁葰饣瘜W(xué)性質(zhì)活潑，極易與乙炔發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，生成氯乙炔并放出大量熱量，使混合氣體瞬時(shí)膨脹，易在混合脫水的石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)處爆炸，破壞性很大，威脅到生產(chǎn)裝置和人員安全。

在正常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中合成氯化氫發(fā)生過(guò)氯的主要原因有：（1）氯氣和氫氣的配比控制不好；（2）壓力不穩(wěn)，氯氣和氫氣調(diào)節(jié)閥失靈；（3）氫氣壓力因?yàn)闅鋲簷C(jī)、自動(dòng)閥出現(xiàn)故障出現(xiàn)大幅度波動(dòng)；（4）氯氣、氫氣孔板流量計(jì)不準(zhǔn)確，盲目進(jìn)行調(diào)節(jié)配比；（5）燈頭損壞，導(dǎo)致氯氣和氫氣燃燒不充分；（6）由于氫氣系統(tǒng)氮?dú)忾y門未關(guān)閉或內(nèi)漏嚴(yán)重，導(dǎo)致氫氣純度低。

2 工藝流程介紹

來(lái)自氯氫處理工序的氯氣、氫氣通過(guò)控制閥送至石墨合成爐，在爐內(nèi)混合燃燒生成氯化氫氣體，反應(yīng)熱由夾套中的循環(huán)水冷卻后帶走，使氯化氫氣體溫度降至45℃以下，每臺(tái)合成爐的氯化氫匯至氯化氫總管后進(jìn)入氯化氫緩沖罐，經(jīng)氯化氫冷卻器降溫至14℃以下后送至VCM合成工序。由乙炔工段送來(lái)的精制乙炔氣經(jīng)冷卻器冷卻后通過(guò)乙炔阻火器進(jìn)入混合器，由氯化氫工段送來(lái)的氯化氫氣體進(jìn)入混合器與乙炔氣進(jìn)行混合送至氯乙烯轉(zhuǎn)化，工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程示意圖

3 游離氯在線分析儀的設(shè)置

增加游離氯在線監(jiān)測(cè)儀及設(shè)計(jì)聯(lián)鎖條件，對(duì)氯化氫含游離氯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，超出控制范圍VCM工序進(jìn)行緊急停車，避免VCM工序發(fā)生爆炸事故。

3.1 測(cè)量原理

游離氯在線分析儀采用全息光柵分光技術(shù)和差分光學(xué)吸收光譜分析（DOAS）技術(shù)，由于同種氣體在不同光譜波段有不同的吸收，不同氣體在同一光譜波段也有吸收疊加作用，通過(guò)對(duì)連續(xù)光譜的分析，可以同時(shí)測(cè)量多種氣體。實(shí)用中采用全息光柵對(duì)被測(cè)氣體吸收后的光進(jìn)行分光，使用二極管陳列傳感器將分光后的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，獲得介質(zhì)的連續(xù)吸收光譜，從而實(shí)現(xiàn)了多種氣體的同時(shí)測(cè)量，精確計(jì)算出不同化學(xué)組分的含量。游離氯在線分析儀原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 游離氯在線分析儀原理圖

3.2 安裝位置的確定

因?yàn)槁然瘹浜坞x氯關(guān)系著整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為了能夠第一時(shí)間確定氯化氫是否含有游離氯，準(zhǔn)確指導(dǎo)崗位人員進(jìn)行操作，游離氯在線分析儀應(yīng)安裝在靠近合成爐出口總管處。同時(shí)在線分析儀的采樣管道與氯化氫總管的距離盡量小，保證在5 m以內(nèi)，縮短測(cè)量所用時(shí)間。

3.3 安全聯(lián)鎖的設(shè)置

根據(jù)中鹽吉蘭泰實(shí)際生產(chǎn)裝備情況，合成氯化氫工序自動(dòng)化程度較低，合成爐出口為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)閥門，未設(shè)計(jì)自動(dòng)閥門。為了避免聯(lián)鎖停車后，合成爐防爆膜爆破，造成次生災(zāi)害的發(fā)生，聯(lián)鎖設(shè)計(jì)未與VCM氯化氫總管進(jìn)行聯(lián)鎖。當(dāng)氯化氫游離氯含量達(dá)到高高報(bào)值時(shí)VCM混合脫水乙炔總閥自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)行聯(lián)鎖停車，避免氯氣與乙炔混合爆炸。游離氯聯(lián)鎖圖如3圖所示。

圖3 游離氯聯(lián)鎖圖

將游離氯在線分析儀測(cè)量信號(hào)引入合成氯化氫、VCM轉(zhuǎn)化主控室DCS系統(tǒng)，操作人員實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)在合成氯化氫現(xiàn)場(chǎng)操作室安裝聲光報(bào)警儀，報(bào)警鈴響后操作人員及時(shí)進(jìn)行調(diào)整處理。游離氯含量設(shè)置高報(bào)警（H）50×10-6、高高報(bào)警值（HH）150×10-6。

3.4 合成氯化氫到VCM混合器過(guò)氯時(shí)間的確定

考慮到此聯(lián)鎖關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)是發(fā)生氯化氫過(guò)氯現(xiàn)象時(shí)，崗位人員可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整處理，同時(shí)為了避免游離氯在線分析儀運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)不必要的停車，必須設(shè)計(jì)延時(shí)聯(lián)鎖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及管道安裝實(shí)際情況，正產(chǎn)生產(chǎn)中氯化氫總管流量Q=9 000 Nm3/h、壓力P=50 kPa、管徑DN=600 mm，進(jìn)行計(jì)算氯化氫過(guò)氯時(shí)間，從合成氯化氫到VCM混合器時(shí)間約90 s。游離氯在線分析儀的檢測(cè)反應(yīng)時(shí)間范圍為10～15 s，泰通過(guò)技術(shù)評(píng)審最終確定過(guò)氯延時(shí)聯(lián)鎖時(shí)間設(shè)置為60 s，在60 s內(nèi)氯化氫過(guò)氯達(dá)到高高報(bào)警值無(wú)法恢復(fù)正常，生產(chǎn)裝置必須聯(lián)鎖停車。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著政府對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)管的不斷強(qiáng)化，企業(yè)必須投入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備確保生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。自從2016年10月在該公司安裝投用以來(lái)，成功地預(yù)警了2次過(guò)氯事件。通過(guò)安裝游離氯在線分析儀及聯(lián)鎖程序的設(shè)計(jì)，對(duì)氯化氫過(guò)氯的情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警，可以有效避免因?yàn)槁然瘹錃怏w過(guò)氯引起的安全事故發(fā)生，為企業(yè)高效穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。