氯氫處理工藝自動化控制改造與運行

唐 婷

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西柳州545600）

離子膜電解系統在濃縮、脫鹽、凈化以及電化合成方面具有極高的技術優勢，被廣泛地應用于放射性廢水處理、工業用水制備、電鍍廢液回收等領域，特別是在氯堿工業中的應用效果最為顯著。但傳統的氯氫處理的壓力調節遠遠不能滿足離子膜電解系統的正常運行要求。手動調節操作容易導致氯氫壓力大幅波動，無法保證離子膜電解槽壓力壓差，會極大地影響離子膜燒堿的安全性和平穩性。以2萬t/a燒堿能力系統改造為例進行論述。

1 氯氣系統自動控制優化

原氯氣處理工藝流程示意圖見圖1。

1.1 原氯氫系統存在的問題

圖1 原氯氣處理工藝流程示意圖

（1）離子膜電解槽的安全規范將總管壓力控制在 0～3 kPa，氯氣、氫氣總管壓差控制在 4.8～5.2 kPa。原工藝采用回流一定氯氣的辦法調解電解槽氯氣壓力，對回流閥門的手動操作頻繁、缺乏及時性和穩定性，會造成電解氯、氫壓力頻繁發生波動，導致壓差不穩，很容易達到或超過電解槽氯氫總管的壓力限值而造成運行停止。

（2）氯氣泵在實際生產過程中容易因低壓配電故障而突然跳車，這種氯氣泵緊急跳停現象往往伴有對系統的嚴重倒壓，對電解槽離子膜損害極大。

（3）外電網閃爍會造成電解整流器的緊急跳閘，電解系統氯氫總管自控閥會緊急停車，氯氫泵抽空力大增，若不及時打開對空閥，容易導致氯氫泄漏，發生人員中毒事故。

1.2 氫氣系統優化

（1）進行氯氣回流閥的自動調節改造。在氯氣分配臺增加氯氣回流自控調節閥，并根據運行需要進行閥門優化。例如將自控閥DN80升級為自控回流閥DN32。在原系統中，氯氣后系統輸送壓力大于0.11 MPa，而電解系統氯氣總管壓力不能超過3 kPa，這就導致前后壓力相差較大。使用原有的自控閥時即便閥門開度很小，也會出現系統壓力明顯升高的問題。特別是在氯氣溫度較高的條件下，回流閥門只能維持在不足5%的極小范圍內，這就導致氯氣干燥系統無法完成泵酸的換酸操作，必須增加一道降電流操作才能進行換泵酸操作，效率大為降低。但在閥門進行優化后，運行實踐表明，在18 kA的電流運行條件下，氯氣泵的前進口閥開度能達到80%左右，回流閥開度可達到30%～40%，能實現穩定的回流調節，可正常進行換酸，并保證系統壓力的平穩。

（2）設置雙向聯鎖，保證系統的平穩運行。氯氣泵緊急跳閘或電解整流器緊急跳閘會對生產造成極為不利的影響。因此，對氯氣以及整流器工藝安全進行優化改造是十分必要的。常見的雙向聯鎖優化措施為：a.增加雙向聯鎖，氯氣泵停，聯鎖整流器停，全線聯鎖停車措施；b.增加整流器或電解槽裝置工藝停車、聯鎖氯氣泵停。通過上述聯鎖工藝優化后，可以實現緊急停車狀態下電解氯氣、電解氫氣壓力與壓差的平穩波動。生產運行實踐證明，其對電解裝置的保護作用是十分突出的，可有效減少氯氣泄漏造成的不安全事故。

（3）在氯氣泵后增加自動切斷閥。自動切斷閥可以在氯氣泵緊急停車后實現聯鎖關閉，從而有效防止后系統倒壓，避免電解系統反向壓差的產生。

（4）在氯氣分配臺出口增加事故氯氣排放管線和閥門。該項措施可以在發生事故或者緊急停車后，將氯氣泵后續管線、設備內的氯氣引導至事故氯氣吸收裝置中，從而防止氯氣系統發生憋壓以及氯氣泄漏事故等。

（5）適配DCS遠程控制軟件。利用DCS遠程控制軟件實現氯氣泵的啟動控制，可以減少現場人工操作的工作量，并消除不安全風險因素。

2 氫氣系統優化

原工藝系統運行過程中，電解出來的高溫濕氫氣在經過洗滌后會先后進入氫氣泵、水霧捕集器及緩沖罐。其中一部分經過阻火器進入合成工序，另一部分會進入洗滌塔氫氣總管保證系統壓力穩定。

2.1 原氫氣系統存在的問題

（1）氫氣使用SZ-3型水循環式泵進行輸送，輸送壓力過低，僅能達到0.02 MPa，和點火自控合成氫氣壓力要求的0.30～0.05 MPa相差甚遠。

（2）采用氫氣水封調節壓力的氫氣處理系統不能滿足離子膜壓力調節要求。

（3）鹽酸合成系統具有較多隱患，例如系統緊急停車，操作不當導致的氫氣系統憋壓，超出安全水封導致的瞬間泄壓，出現電解大正壓或者大負壓極端情況。

2.2 氫氣系統自動化改造措施

（1）升級氫氣泵。該系統將原有的SZ-3型氫氣泵升級為2BE1-252型水環式真空泵。從而可以保證輸送壓力達到30～50 kPa，同時配合變頻方式控制氫氣泵的開啟以及實現氫氣輸送壓力的轉速調節[1]，從而保證氫氣輸送壓力的平穩，增強生產系統的安全性、穩定性，同時減輕崗位勞動強度。

（2）在氫氣泵后增加自動切斷閥，實現與氫氣泵的聯鎖。氫氣泵緊急跳停，則切斷閥實現自動關閉，從而防止氫氣泵跳車、氫氣倒壓問題。增加整流器跳停以及氫氣泵聯鎖工藝安全裝置；增加氯氣泵、氫氣泵及整流器跳閘，合成爐緊急聯鎖急停等措施，以此保證氫氣系統的安全運行。

（3）架設自控調節閥。該系統在氫氣分配總管中增設了ND32氫氣回流自控調節閥，型號為PICV1705，從人工操作升級為自動化，減少了操作可能存在的失誤和安全隱患，從而可以穩定電解系統的氯氫壓力和壓差。

（4）加設氫氣緊急排放閥。與上文氯氣改造措施一般，在氫氣系統內增加緊急排放閥PICV1707，可以在合成爐緊急滅爐，氫氣系統出現憋壓時，通過調節該閥門的開度，排放適量氫氣的方式，穩定電解系統運行和氫氣系統壓力。

3 改造后的工藝運行注意事項

氯氫系統改造后，電解系統氯氫壓力、壓差問題得到顯著改善，且操作方便，安全系數高。但同時也并不能完全排除安全隱患，需要注意以下操作注意事項。

3.1 倒氯氣泵

（1）禁止摘除運行中的氯氣泵出口切斷閥以及氯氣回流調節閥，以保證倒用氯氣泵時氯氣總管壓力的穩定。

（2）由DCS遠程控制人員與現場人員配合完成倒用氯氣泵作業。DCS操作人員負責打開氯氣泵出口自動切斷閥，在現場人員確認后，再打開氯氣自動切斷閥前后的手動閥，最后送電開啟氯氣泵。

（3）確保現場操作時，替換泵與運行泵開閥與關閥幅度一致[2]，確保DCS遠程控制人員全程使用PICV1703回流閥調節氯氣總管壓力，保持壓力穩定。

（4）完成倒泵作業后，開啟運行泵聯鎖，解除停用氯氣泵聯鎖。

3.2 倒氫氣泵

（1）倒氫氣泵操作雷同倒氯氣泵操作，禁止摘除運行中的氫氣泵出口切斷閥以及氫氣回流調節閥聯鎖。

（2）現場操作人員在打開倒用氫氣泵出口閥時，要盡量平緩小心，防止倒壓。DCS操作人員在打開倒用氫氣泵自動切斷閥后，要立即啟動倒用變頻氫氣泵，由現場人員進行確認。

（3）根據氫氣壓力逐漸提升倒用泵變頻。倒用泵變頻達到15～18 Hz時，放慢提升速度，同時緩慢降低運轉泵變頻。當倒用泵變頻穩定運行后，停用氫氣泵保證頻率為0時，現場操作人員迅速關閉氫氣泵出口閥，DCS操作人員立即關閉停用泵的出口自動切斷閥，由現場人員確認是否關閉到位，并告知DCS操作人員及調度人員。

（4）在調節變頻期間，要始終保持對氫氣回流閥的調節操作，確保氫氣壓力的穩定。

4 結語

離子膜電解槽的推廣應用推動了中國氯堿工業的發展。自動化控制對于生產安全以及減少人力成本的作用越發凸顯出來。氯氫處理工藝自動化的改造進程需要與時俱進，順應科技進步以及行業安全穩定發展的需要，因此需要相關人員不斷積累生產實踐經驗，提升改造和操作技能。