氯氣泄漏應(yīng)急吸收技術(shù)

常剛，朱文凱

(山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟(jì)寧 272352)

1 生產(chǎn)概況

由電解槽生產(chǎn)的氯氣在常溫常壓下，為黃綠色具有刺激性的劇毒氣體，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定空氣中氯氣的最高允許質(zhì)量濃度為1 mg/m3?！堵葔A生產(chǎn)企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南》(AQ/T 3016—2008)也規(guī)定氯氣系統(tǒng)應(yīng)做到：設(shè)置防止氯氣泄漏的除害氯氣吸收裝置，吸收裝置保證隨時處理裝置開停車、正常狀態(tài)和非正常狀態(tài)下排放的氯氣；有可能出現(xiàn)氯氣泄漏的生產(chǎn)區(qū)域安裝與吸收裝置連接設(shè)施，吸入端采用非金屬塑料彈性軟管并可移動，非金屬塑料彈性軟管的長度、直徑大小與數(shù)量應(yīng)根據(jù)可能泄漏的氯氣量和泄漏點(diǎn)位置確定，保證生產(chǎn)裝置區(qū)域泄漏的氯氣及時被導(dǎo)入吸收裝置。因此，氯堿企業(yè)應(yīng)將防止氯氣泄漏作為安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作，抓牢抓實(shí)。筆者結(jié)合山東魯泰化學(xué)有限公司(以下簡稱“魯泰化學(xué)”)氯堿車間電解工段除害氯氣應(yīng)急吸收裝置特點(diǎn)簡要介紹其設(shè)計應(yīng)用情況。

魯泰化學(xué)氯堿裝置第1期設(shè)計能力為6萬t/a，采用日本旭化成ML-32NCH型高電流密度自然循環(huán)復(fù)極式離子膜電解槽，共有4臺離子膜電解槽，每臺由110個單元槽組成，2013年進(jìn)行了膜極距改造，正常運(yùn)行電流13 kA；第2期設(shè)計能力為30萬t/a，采用原日本氯工程n-BiTAC890型電解槽。第2期裝置分為A、B兩區(qū)，每區(qū)設(shè)有4個回路，每個回路由2臺電解槽組成，每臺電解槽由90個單元槽組成。電解槽生產(chǎn)的氯氣大部分經(jīng)處理后合成氯化氫，剩余部分氯氣經(jīng)過液化機(jī)組液化后包裝外銷，合成爐合成的氯化氫氣體作為生產(chǎn)VCM的原料輸送到聚氯乙烯車間，其余部分氣體吸收生產(chǎn)高純鹽酸。

2 氯堿化工企業(yè)中事故氯氣的分類

按照生產(chǎn)工藝過程中的不同階段，事故氯氣一般包括3類：①生產(chǎn)中發(fā)生的事故氯氣，如一些密封點(diǎn)的泄漏、壓力波動造成的泄漏等；②液氯槽車或鋼瓶包裝過程中泄漏的事故氯氣；③液氯儲槽泄漏的事故氯氣。本文主要論述第一類事故氯氣的吸收處理[1]。

魯泰化學(xué)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況及事故狀態(tài)下氯氣的泄漏特點(diǎn)，設(shè)計了專門的吸收裝置，確保事故氯氣泄漏時能在第一時間進(jìn)行吸收處理，防止人員傷亡和環(huán)境污染除害的擴(kuò)大化。

3 電解工段生產(chǎn)中的事故氯氣吸收裝置

魯泰化學(xué)電解工段的氯氣吸收裝置僅吸收處理突然斷電、設(shè)備故障等非正常狀態(tài)下泄漏出的氯氣，生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生的密閉廢氯氣均由氯氫處理工段進(jìn)行集中吸收處理。本文中對于此類氯氣的吸收不作論述。

除害氯氣吸收裝置為單塔吸收，塔內(nèi)填裝PVC新型花環(huán)填料，填料塔材質(zhì)為FRP，填料塔規(guī)格為Φ1 800×11 300，配備2臺次氯酸鈉循環(huán)液槽，規(guī)格為Φ2 400×6 400；1臺配堿槽。本裝置在第1期電解槽附近設(shè)置規(guī)格為DN150的非金屬塑料彈性吸收軟管2處，作用半徑15 m，在第1期氯氣總管調(diào)節(jié)閥處設(shè)置規(guī)格為DN100的吸收軟管1處，作用半徑為12 m；在第2期電解槽附近設(shè)置規(guī)格為DN150的吸收軟管4處，作用半徑15 m，在第2期氯氣總管調(diào)節(jié)閥與安全水封附近設(shè)置規(guī)格為DN150的吸收軟管1處，作用半徑10 m。出現(xiàn)氯氣泄漏時，應(yīng)急處置人員應(yīng)穿戴好防護(hù)用品，迅速將吸收軟管拖至漏點(diǎn)處進(jìn)行負(fù)壓吸收，氯氣在引風(fēng)機(jī)的作用下沿吸收管道進(jìn)入填料塔底部，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～22%的堿吸收液進(jìn)行逆流循環(huán)吸收，堿吸收液由塔頂流入塔底，進(jìn)入次氯酸鈉循環(huán)槽，由吸收液循環(huán)泵輸送至板式換熱器降溫后，進(jìn)入填料塔上部循環(huán)吸收。當(dāng)循環(huán)液中堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時，將循環(huán)液輸送至液氯工段次氯酸鈉生產(chǎn)工序進(jìn)行處理。尾氣達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)風(fēng)機(jī)排入大氣。填料塔后安裝引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)進(jìn)口管線安裝在線監(jiān)測壓力變送器，信號傳入集控室，由主控人員在線監(jiān)測壓力變化，及時通知現(xiàn)場操作人員，控制空氣進(jìn)入量來保證除害氯吸收管線壓力穩(wěn)定在(-1.5±0.2)kPa。同時，為防止全廠停電對除害氯吸收裝置的影響，吸收液循環(huán)泵和引風(fēng)機(jī)均配有應(yīng)急電源，當(dāng)全廠發(fā)生電源失電時可自動切換為備用電源供電。

除害氯吸收裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 除害氯吸收裝置工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of absorption facility for chlorine leakage

4 除害裝置化學(xué)反應(yīng)原理及設(shè)備容積計算

4.1 化學(xué)反應(yīng)原理

除害氯吸收裝置采用燒堿吸收法處理氯氣并生產(chǎn)次氯酸鈉成品。該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須及時移走反應(yīng)熱。否則會使吸收液溫度上升。當(dāng)吸收液溫度高于40 ℃時，會發(fā)生如下副反應(yīng)：

在實(shí)際運(yùn)行過程中，在堿循環(huán)液管線安裝了1臺板式換熱器(型號EC30DW-0.6/165-EH)，利用循環(huán)水及時有效地移走反應(yīng)熱。另外，保持一定的過堿量也可以抑制副反應(yīng)的進(jìn)行。

4.2 循環(huán)槽的容積設(shè)計

4.2.1 基于第1期電解裝置的計算

第1期電解槽正常運(yùn)行時電流為4×13.0 kA，電解槽至總管氯氣調(diào)節(jié)閥之間的管道內(nèi)氯氣壓力絕壓為P1=110.9 kPa，陽極液循環(huán)槽液位上方及管道體積和為V1=14.8 m3。假設(shè)氯氣發(fā)生泄漏，電解槽斷電后憋在管道內(nèi)的氯氣逸出部分被循環(huán)槽堿液吸收，最終氯氣管道內(nèi)的壓力跟外界大氣壓相同，氯氣不再外逸。

大氣壓取值為P0=101.3 kPa，求V0。

根據(jù)公式：P1V1=P0V0，得V0=P1V1/P0，

V0=110.9×14.8÷101.3=16.2 (m3)。

則需要吸收裝置吸收的氯氣體積為：

V1=16.2-14.8=1.4 (m3)。

4.2.2 基于第2期電解裝置的計算

A區(qū)電解槽正常運(yùn)行電流為4×18.0 kA，P1=103.4 kPa，V1=71.5 m3，求得

V0=103.4×71.5÷101.3=73.0 (m3)。

則V2=73.0-71.5=1.5 (m3)。

B區(qū)電解槽正常運(yùn)行電流為4×19.0 kA，P1=102.8 kPa。

V1=72.0 (m3)，求得

V0=102.8×72.0÷101.3=73.1 (m3)。

則V3=73.1-72.0=1.1 (m3)。

通過計算可知：除害氯裝置吸收氯氣的最大量為：V=V1+V2+V3=1.4+1.5+1.1=4.0 (m3)。

60 ℃時氯氣密度ρ為2.616 g/L[2]。

須吸收的氯氣質(zhì)量為：m=ρV=2.616×4.0=10.5 (kg)。

吸收10.5 kg氯氣需要的堿液量計算如下。

根據(jù)如下化學(xué)方程式進(jìn)行計算：

要吸收完10.5 kg氯氣，需要15%的NaOH質(zhì)量為：10.5×2×40÷71÷0.15=78.9 (kg)。

需要22%的NaOH質(zhì)量為：

10.5×2×40÷71÷0.22=53.8 (kg)。

已知15%的NaOH密度約為1 164.05 kg/m3，22%的NaOH密度約為1 241.1 kg/m3，若循環(huán)槽充裝液位為50%，則V×0.5×1 164.05=78.9。計算得配制15%的燒堿需循環(huán)槽體積V=0.136 m3。

配制22%的燒堿需循環(huán)槽體積為：V×0.5×1 241.1=78.9，得V=0.127 (m3)。

實(shí)際配置的循環(huán)槽容積為28.9 m3，可吸收氯氣次數(shù)為：

28.9÷0.136≈212(次)，

28.9÷0.127≈227(次)。

因此配1次堿吸收液使用次數(shù)為212～227次。

5 結(jié)語

魯泰化學(xué)除害氯氣吸收裝置的有效運(yùn)行，能夠防止離子膜法燒堿生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)異常或事故狀態(tài)下氯氣外逸造成的人員中毒、環(huán)境污染，是氯堿生產(chǎn)企業(yè)本質(zhì)安全生產(chǎn)的重要組成部分。生產(chǎn)實(shí)踐證明：合理的工藝設(shè)計和設(shè)備選型，能提高生產(chǎn)的安全可靠性，使除害氯氣得到最大限度地吸收，確保離子膜法燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)安全、長周期運(yùn)行。