化工工藝安全性分析與聯(lián)鎖設(shè)計

◎ 侯亞中

引言

化工生產(chǎn)過程大多涉及高溫高壓，或含有易燃、易爆、有毒有害物質(zhì)等，一旦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題且控制不當(dāng)，極易引發(fā)較為嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故。因此化工工藝中存在的安全注意點(diǎn)要重點(diǎn)關(guān)注，通過安全性分析，進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)計，并論證聯(lián)鎖的可行性和操作性，最后投入相應(yīng)聯(lián)鎖系統(tǒng)，在生產(chǎn)中不斷檢驗(yàn)和優(yōu)化聯(lián)鎖投用效果，及時糾正改進(jìn)。通過聯(lián)鎖設(shè)計投用，和在線儀表很好的結(jié)合實(shí)現(xiàn)無人操作，程序控制，當(dāng)突發(fā)情況發(fā)生時將從業(yè)人員的傷害降至最低，將誤操作消除，將處理效率大大提高，從而實(shí)現(xiàn)安全和效益的最大化。以下從幾個方面舉例進(jìn)行分析：

1.公用系統(tǒng)安全性分析

紅四方離子膜燒堿工藝中大量的使用氣動閥來進(jìn)行氣液相的壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)、液位調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)等，一旦出現(xiàn)儀表氣源壓力供應(yīng)不足，系統(tǒng)將會失控，可能出現(xiàn)超溫超壓、有毒物質(zhì)泄露、甚至發(fā)生爆炸的危險。對策：儀表氣源壓力設(shè)計報警值，當(dāng)出現(xiàn)氣源壓力降低時，及時提醒工作人員進(jìn)行處理，當(dāng)處理不及時或處理不了，壓力進(jìn)一步降低，設(shè)計停車聯(lián)鎖，在氣源最低控制壓力時及時停車，系統(tǒng)泄壓，自動氮?dú)庵脫Q。壓力儀表可能出現(xiàn)故障或不準(zhǔn)，造成系統(tǒng)不必要的停車，設(shè)計聯(lián)鎖時可考慮不同點(diǎn)安裝壓力儀表，進(jìn)行三取二聯(lián)鎖給予解決。聯(lián)鎖值的確定由氣動閥最低控制壓力決定。

山西壽陽乙二醇生產(chǎn)中反應(yīng)器溫度通過控制汽包壓力進(jìn)行降溫。合成系統(tǒng)循環(huán)氣量很大，進(jìn)行合成反應(yīng)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，當(dāng)反應(yīng)器冷卻水供應(yīng)出現(xiàn)問題時，很可能造成飛溫，爆炸的危險。對策：在設(shè)計聯(lián)鎖時，考慮鍋爐給水不足，及時切出反應(yīng)器，聯(lián)鎖發(fā)訊端選取在進(jìn)反應(yīng)器冷卻水流量。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置流量低啟備用泵和流量低低三取二聯(lián)鎖。

有機(jī)合成系統(tǒng)置換時，氮?dú)鈮毫εc系統(tǒng)壓力的壓差來決定能否進(jìn)行置換，壓差低值時為了防止系統(tǒng)復(fù)雜組分進(jìn)入氮?dú)庀到y(tǒng)，應(yīng)及時將氮?dú)膺M(jìn)口管線切斷，設(shè)置切斷聯(lián)鎖。

2.進(jìn)出料異常安全性分析

離子膜燒堿生產(chǎn)中通過供給精鹽水和循環(huán)堿液提供原料，通電發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成所需要的32%的燒堿產(chǎn)品和循環(huán)淡鹽水。當(dāng)進(jìn)出料異常情況時：

進(jìn)料量過低，液位降低過快

危害：會導(dǎo)致電解槽供液不足，可能發(fā)生爆炸的危險。對策：設(shè)計高位槽液位低聯(lián)鎖，或者進(jìn)料供應(yīng)流量低聯(lián)鎖，當(dāng)出現(xiàn)供應(yīng)量減少時立即觸發(fā)聯(lián)鎖，停止電解槽的通電反應(yīng)?？筛鶕?jù)聯(lián)鎖觸發(fā)處理的情況選擇聯(lián)鎖的發(fā)訊端。

系統(tǒng)出料異常，淡鹽水循環(huán)槽或堿液循環(huán)槽液位較高

危害：循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)出料不能及時外送，循環(huán)槽滿液。淡鹽水循環(huán)槽含有大量氯氣，堿液循環(huán)槽含有大量堿液和氫氣，發(fā)生滿液泄露，危險性很大，同時電解槽電解液不能及時外送，電解槽可能發(fā)生泄露甚至爆炸的危險。對策：對電解系統(tǒng)及時聯(lián)鎖停車處理，盡快控制危險源，充氮置換，同時進(jìn)行分析處理問題。

在煤制乙二醇生產(chǎn)中，合成氣氣頭工藝流程較長，容易出現(xiàn)供應(yīng)異常，當(dāng)CO總管壓力突然降低過快，可能會導(dǎo)致氣相倒灌的危險。在分析對策時，當(dāng)總管壓力低值出現(xiàn)時，及時進(jìn)行切斷很有必要?？稍O(shè)置系統(tǒng)內(nèi)外壓差低值作為發(fā)訊端，增加緊急切斷閥來進(jìn)行控制切斷系統(tǒng)供應(yīng)。另外存在氧氣參與的反應(yīng)，當(dāng)氧氣管線壓力較低時，為了防止系統(tǒng)易燃易爆的組分進(jìn)入氧氣管線，可設(shè)置壓差低低聯(lián)鎖，來及時切斷氧氣供應(yīng)。

3.系統(tǒng)組分含量異常安全性分析

在線分析儀表在組分控制中應(yīng)用較廣泛。在紅四方天辰糊樹脂的生產(chǎn)中，氯化氫是重要的原料之一。氯化氫主要是燒堿電解反應(yīng)中產(chǎn)生的氯氣和氫氣來進(jìn)行合成的。然而，氯氣和乙炔氣直接相遇，立即反應(yīng)生成乙炔氯，速度快，同時放出大量的熱。當(dāng)合成的氯化氫氣體中出現(xiàn)游離氯時，在混合器內(nèi)與乙炔反應(yīng)生成乙炔氯，易造成爆炸。為了避免危險的發(fā)生，當(dāng)氯化氫總管在線游離氯超過一定指標(biāo)時，及時將合成單體的HCL進(jìn)口管線切斷。在設(shè)計聯(lián)鎖時，為了避免儀表誤差和故障，可設(shè)置兩個游離氯在線分析，進(jìn)行二取二觸發(fā)聯(lián)鎖，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

在燒堿系統(tǒng)中，氯氣泄露危險性很大，同時氯氣分子量較高，氯氣輸送壓縮難度較大，而氯氣遇水有很強(qiáng)的腐蝕性，對輸送設(shè)備要求極高。壓縮系統(tǒng)一旦含水，水和Cl2反應(yīng)生成HCl和HClO，HCl和HClO對高速旋轉(zhuǎn)的葉輪腐蝕很快。為了保護(hù)壓縮機(jī)，設(shè)計聯(lián)鎖時在壓縮機(jī)進(jìn)出口分別安裝在線含水分析儀，進(jìn)行二選二聯(lián)鎖。同時三級壓縮分別配套無壓回水冷卻，并在回水管線安裝游離氯在線分析，達(dá)到保護(hù)透平機(jī)的目的。

在山西壽陽煤制乙二醇生產(chǎn)中，反應(yīng)器進(jìn)口組分含量要求較為嚴(yán)格，經(jīng)研究CO濃度存在最佳值，濃度超過一定值會造成系統(tǒng)壓力上升較快，系統(tǒng)反應(yīng)平衡打破，影響反應(yīng)的穩(wěn)定并造成危險。在設(shè)計聯(lián)鎖值時，需要設(shè)定CO濃度高限聯(lián)鎖，及時切斷CO進(jìn)料，控制穩(wěn)定后，負(fù)荷很快能夠恢復(fù)，確保系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行和安全。MN性質(zhì)極不穩(wěn)定，溫度和濃度較高均會分解發(fā)生爆炸的危險，組分含量和溫度控制很關(guān)鍵。

4.超溫超壓安全性分析

高壓竄低壓：有機(jī)合成中，很多反應(yīng)壓力較高，產(chǎn)物降溫冷凝后，往往借助系統(tǒng)壓力差進(jìn)行物料的輸送，如果液位較低時會導(dǎo)致高壓氣相經(jīng)減壓閥進(jìn)入到低壓或者常壓儲罐，造成設(shè)備損壞甚至爆炸的危險。對策：液相經(jīng)減壓進(jìn)入低壓容器，閃蒸壓力較易控制，主要防止氣相竄壓，設(shè)計聯(lián)鎖時以液位低限為發(fā)訊端，聯(lián)鎖觸發(fā)及時切斷減壓閥。液位低限聯(lián)鎖同樣可以用于液體輸送過程防止氣相竄至液相儲罐；泵液位打空造成的設(shè)備損壞。

倒流：有機(jī)合成系統(tǒng)超溫超壓時有發(fā)生，氮?dú)獯祾邭庠磯毫Σ环€(wěn)，供應(yīng)不足都很有可能導(dǎo)致復(fù)雜循環(huán)氣進(jìn)入氮?dú)夤芫€，危險性很大。對策：聯(lián)鎖設(shè)計時，系統(tǒng)反應(yīng)單元的切除，系統(tǒng)壓力的排放減壓順序很重要，需要做順控，同時還要增設(shè)氮?dú)膺M(jìn)料口和關(guān)鍵位置的壓差設(shè)定，當(dāng)壓差較低時宜采取氮?dú)馇袛唷７赖箟旱穆?lián)鎖在易燃易爆大循環(huán)氣量的化工生產(chǎn)、加氧氣管線、含氯有毒管線的置換都需要做好充足的安全防護(hù)。

超壓：在反應(yīng)快速的合成反應(yīng)或者有機(jī)催化反應(yīng)中，循環(huán)量和產(chǎn)量都很高，突然出現(xiàn)緊急停車時，新鮮氣進(jìn)口總管壓力上升很快，控制不及時，會發(fā)生超壓，甚至爆炸的危險。對策：通過設(shè)計聯(lián)鎖，打開泄壓閥泄壓，第一時間將隱患消除。例如壓縮機(jī)停車時，防喘振閥門全開等。

超溫：反應(yīng)器溫度往往反映了反應(yīng)進(jìn)行的劇烈程度，當(dāng)系統(tǒng)反應(yīng)失控，進(jìn)料異常，冷卻不足等，都會造成飛溫超溫的發(fā)生。出現(xiàn)飛溫超溫時，氣體膨脹，催化反應(yīng)更加劇烈，不及時控制會發(fā)生爆炸的危險。對策：異常時切斷蒸汽加熱；設(shè)置冷卻水流量低低聯(lián)鎖，啟動雙泵；停止進(jìn)料；切除反應(yīng)器；自動系統(tǒng)置換等一系列聯(lián)鎖應(yīng)對措施。

5.重要設(shè)備安全性分析

化工重要設(shè)備由于成本高，運(yùn)行條件嚴(yán)格，操作精密，部分無備用，當(dāng)出現(xiàn)損害或故障時，會造成嚴(yán)重的安全事故，同時經(jīng)濟(jì)損失也很大。為了保護(hù)設(shè)備在安全范圍內(nèi)運(yùn)行，采取嚴(yán)格的聯(lián)鎖保護(hù)措施，可分為工藝保護(hù)聯(lián)鎖和設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖。

紅四方燒堿系統(tǒng)氯氣壓縮機(jī)工藝保護(hù)聯(lián)鎖設(shè)計有氯含水聯(lián)鎖（氯含水超過350ppm二取二聯(lián)鎖），出口壓力喘振的聯(lián)鎖等。設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖由生產(chǎn)廠家設(shè)計密封氣、潤滑油、各軸承溫度、電機(jī)、軸振動位移等允許保護(hù)條件。當(dāng)高速運(yùn)行的設(shè)備工況異常時，能及時系統(tǒng)停車，避免設(shè)備發(fā)生事故。

結(jié)束語

通過對化工生產(chǎn)系統(tǒng)中各危險因素的安全性分析，思考可能發(fā)生的危險及可能造成的危險程度。對有重大危害的危險因素找出對策，設(shè)計出控制的聯(lián)鎖系統(tǒng)，將隱藏的重大危害缺陷消除，最后通過討論評審實(shí)施應(yīng)用聯(lián)鎖系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的安全發(fā)展和安全效益的最大化。現(xiàn)在很多化工企業(yè)的創(chuàng)新和研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，很多中試項目不斷可行并上馬，系統(tǒng)全面的安全性分析和應(yīng)對策略將是安全環(huán)保生產(chǎn)的重要保障。系統(tǒng)聯(lián)鎖的設(shè)計和應(yīng)用將在自動化程度更高的未來起到更加重要的作用。