廢氯氣處理裝置技術改造

劉延安 ，張國奇，張隆剛

(陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319)

陜西北元化工集團股份有限公司(簡稱“北元化工”)擁有80萬t/a離子膜燒堿規模，引進意大利伍德迪諾拉公司復極式自然循環電解槽，系統分為A、B、C、D 4條生產線。A、B生產線共用1套廢氯氣處理裝置，C、D生產線共用1套廢氯氣處理裝置。這2套裝置處理整個氯堿生產過程中產生的廢氯氣，其安全穩定運行對氯堿生產尤為重要。以下內容均以北元化工的氯堿裝置為例。

1 工藝原理及流程簡介

1.1 廢氯來源

氯貫穿整個氯堿生產過程，均來源于電解工序，未被有效利用或所不期望而產生的氯稱之為“廢氯”。正常生產時，廢氯來自脫氯后淡鹽水罐、陽極液卸料罐、氯氣總管正負水封、氯氣壓縮機密封氣、氯處理稀硫酸罐、液氯充裝等工序或裝置，以上過程產生廢氯量較少。生產系統異常時，氯氣總管全部氯氣均需送廢氯氣處理裝置進行處理，主要包含電解、氯氣處理、氯化氫合成氯氣總管，以及氯氣設備設施安全閥泄壓氯氣[1]。

1.2 廢氯處理生產工藝原理

廢氯氣處理裝置采用兩級吸收工藝，廢氯氣進入吸收塔，與噴淋而下的堿液逆向接觸，廢氯氣與堿液充分反應，生成次氯酸鈉(反應方程式如式①)，然后通過次氯酸鈉輸送泵至各用戶和成品罐區。應注意的是：氯氣與高濃度的氫氧化鈉溶液不會產生次氯酸鈉，而會生成氯化鈉、氯酸鈉及水(反應方程式如式②)。

①

②

1.3 廢氯處理工藝流程

廢氯在引風機的作用下進入一級廢氯氣吸收塔下部，由一級塔堿液循環泵送入一級塔堿液冷卻器，經過降溫后的循環液進入塔內，自塔上部噴淋而下與廢氯氣逆流接觸迅速吸收，同時吸收反應熱，塔底出來的吸收堿液自流入一級塔堿液循環槽再經泵送回其上部，循環吸收廢氯氣。二級吸收塔的操作與一級吸收塔的操作類似，從一級吸收塔頂排出來的低濃度廢氯氣連續進入二級廢氯氣吸收塔下部，塔底出來的吸收堿液用二級塔堿液循環泵送入二級塔堿液冷卻器，換熱降溫后再回到塔內，循環吸收廢氯氣，二級廢氯氣吸收塔尾氣被引風機抽出排空。當塔底出來的次氯酸鈉溶液有效氯質量分數達到10%時，用次氯酸鈉成品泵將合格的次氯酸鈉溶液送往罐區。吸收系統所用質量分數15%的新鮮堿液由電解堿液和生產水在堿液配制槽中配制而成。堿液高位槽儲存一定量的新鮮堿液，一級、二級循環堿泵斷電時，開關閥會迅速打開，高位槽中的堿液自流入兩級吸收塔內由上部噴淋而下與廢氯氣逆流接觸迅速吸收。

廢氯氣處理工藝流程如圖1所示。

圖1 廢氯氣處理工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of waste chlorine treatment

2 廢氯處理裝置運行中的問題及解決對策

2.1 一級、二級吸收塔連通改造

廢氯處理裝置在氯堿生產中占有極其重要的作用，屬于安全環保裝置，需持續運行，隨時處于應急狀態。原設計一級、二級吸收塔為串聯運行方式，如其中一臺塔及附屬設施需要檢修時，必須同時停運另一臺吸收塔，造成安全環保設施停用，此時遇停車等異常情況時，會造成氯氣外逸，給生產系統安全穩定運行帶來極大的威脅。針對以上情況，北元化工連通一級、二級氯氣吸收塔進出口，遇吸收塔或附屬設施維保檢修時，可將此塔切出系統，保持另外一臺吸收塔正常運行，降低系統安全環保風險。

2.2 增加有效氯在線檢測儀

廢氯處理裝置吸收塔循環液為15%燒堿溶液，而衡量燒堿與氯反應程度的指標為有效氯，一般有效氯質量分數達到10%時認為反應已達到終點，如繼續吸收則會造成尾氣跑冒。一般情況下，有效氯采用手工分析控制吸收液反應程度，此種方式存在檢測分析不及時的弊端，如果有大量的廢氯進入吸收塔，稍有不慎會吸收過度造成尾氣跑冒，故在廢氯吸收裝置循環液管線增加有效氯在線分析儀非常必要，可實現全過程在線檢測吸收液中的有效氯，有效避免因吸收度控制不當而造成尾氣跑冒或次氯酸鈉成品不合格的問題。

2.3 循環堿泵出口管道材質更換

原裝置一級、二級吸收塔循環堿管道為CPVC材質，在運行過程中時常出現焊縫及本體滲漏問題，甚至出現了管道斷裂問題，嚴重制約著生產系統安全穩定運行，同時極大威脅著崗位人員的人身安全。根據吸收液的工藝條件及物化性質，將吸收塔循環堿管線由CPVC材質更換為鈦材質管線，改造后完全解決了管線泄漏問題，并極大地改善了裝置區的現場環境衛生現狀。

2.4 循環堿液冷卻器溫度自動調節改造

堿液與氯氣吸收反應時，會伴隨產生熱量。由于次氯酸鈉溶液在高于38 ℃時會發生熱分解，故需對循環堿液進行降溫，一般情況下保證回堿溫度不超過35 ℃。原裝置采用手動控制的方式，如遇系統緊急停車，吸收液溫度會迅速上漲，加之崗位值班室距離裝置區較遠，因循環堿溫度調整不及時而引發次氯酸鈉分解，造成尾氣跑冒，輕則污染環境，嚴重時會造成人員中毒。經分析論證，在循環堿液冷卻器回水管線增設1臺自動閥，并與回堿溫度設置邏輯關系，從而實現一級、二級循環堿液冷卻器溫度自動調節。改造后不僅解決了因溫度調整不及時而造成尾氣跑冒的隱患，而且降低了崗位人員的勞動強度，同時提高了廢氯處理裝置的自動化程度。

2.5 堿液高位槽出口閥聯鎖改造

廢氯處理裝置堿液高位槽為應急而設置，當一級、二級循環堿泵故障停運時，可緊急打開堿液高位槽去一級、二級吸收塔的開關閥，供廢氯處理裝置應急使用。原設計緊急情況下需崗位人員手動打開開關閥向一級、二級吸收塔供應堿液，遇生產系統緊急停車時，崗位人員應急操作較多，存在遺忘或失誤的問題。故將堿液高位槽出口開關閥與一級、二級循環堿泵運行信號設置邏輯程序，當一級、二級循環堿泵失電或故障停止運行后，堿液高位槽出口開關閥自動打開向一級、二級吸收塔供堿。

2.6 引風機及循環堿泵進行自動化改造

廢氯處理裝置中的引風機為吸收系統中的氣相提供推動力。原設計引風機啟停為手動啟停切換，當引風機故障停運時裝置吸收效率會大大下降，造成氯氣系統超壓，嚴重時引起氯氣跑冒，同時可能造成設備設施的損壞，故組織專業技術人員分析論證對引風機進行技術改造。

(1)分別在一級、二級循環堿泵各自出口總管增加堿液流量計及止回閥，并設置聯鎖堿液流量低低，聯鎖啟動備用泵。

(2)分別在2臺引風機進口增加自動切斷閥，當運行風機跳停時聯鎖啟動備用風機，并聯鎖對應停止、運行引風機進口開關閥關閉、開啟，同時在DCS控制室增加風機及閥門的遠程操作按鈕。

經過以上改造，可實現循環堿泵遠程啟動及自動切換，有效解決了因引風機及循環堿泵跳停而造成氯氣系統超壓和氯氣跑冒的問題。

此外，還加裝了2個泵自動切換功能，岀口加止回閥，電氣實現自動互備。

3 結語

為使廢氯處理裝置的安全、穩定、高效運行除提升設備設施的穩定性和自動化程度，還須加強裝置設備設施的日常管理維護及預警預報，尤其要對循環堿的流量、有效氯、溫度、濃度等指標進行密切監控。有效控制堿液濃度可避免或極大的減緩吸收塔氣相進口及填料結鹽的問題，建議定期打開吸收塔檢查系統結鹽情況[2]。

經過以上改造后，北元化工的廢氯處理裝置極大地提高了運行穩定性，同時引風機、一級和二級循環堿泵可實現DCS遠程啟停切換，裝置的自動化程度得到了極大的提升，不僅降低了崗位人員的勞動強度，而且提升了廢氯處理裝置應急能力。