氯乙烯氣柜系統安全升級改造分析

梁愛華

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

1 改造背景

唐山三友氯堿有限責任公司（以下簡稱“氯堿公司”）現有燒堿產能53萬t/a，PVC 43.5萬t/a、專用樹脂7萬t/a。共有單節濕式氯乙烯氣柜3臺：老廠區2臺，容積1 500 m3；糊樹脂廠區1臺，容積1 000 m3。近些年，國內外出現了幾起因氯乙烯氣柜各方面不良因素造成的重大安全事故，造成的經濟損失嚴重，社會影響惡劣[1]。為此，應急管理部和氯堿行業不斷加強氯乙烯氣柜的安全管理工作[2]，徹底排查氯乙烯氣柜的安全風險，進一步升級安全措施，切實提高氯乙烯氣柜運行的安全等級，降低安全風險，杜絕事故的發生。

氯堿公司從氯乙烯氣柜運行本質安全的角度，協同資質單位，對工藝裝置和設施的危險與可操作性進行深入分析，尋求提升氯乙烯氣柜運行更安全更可靠的改造措施。分析過程分為危險與可操作性分析及保護層分析[3]，范圍主要是根據與現場和實際情況保持一致的氯乙烯氣柜裝置管道及儀表流程圖和操作規程，識別出工藝流程中可能存在的設計缺陷、設備和儀表故障、人員操作失誤等可能帶來的各種后果；提出控制或降低風險以及改善工藝系統可操作性的措施[4]。

2 工藝流程分析及改造

氯乙烯氣柜設備鐘罩是一個有拱頂的底面敞開的圓筒形結構，在水槽和鐘罩之間有水形成水封。氣體管道穿過水槽中的水進入鐘罩，實現氣體的輸入或輸出。鐘罩和水槽間用水封實現密封，當機前壓力高向氣柜送氣體時，鐘罩上升；當機前壓力低，由氣柜向外送氣體時，鐘罩下降；鐘罩依靠導軌保證升降平穩[5]。因氯堿公司兩個廠區聚氯乙烯生產工藝主流程有所差別，氯乙烯氣柜的工藝流程有所不同。下面用A型氯乙烯氣柜和B型氯乙烯氣柜來表示不同工藝下的氯乙烯氣柜。

2.1 A型氯乙烯氣柜

工藝流程：A型氣柜為2臺，屬于開1備1，2臺氣柜間有聯通，可實現就地和遠程切換。A型氣柜為單管氣柜，即進氣和出氣為同一條管線，氯乙烯自壓縮機機前總管與氣柜進出氣管道聯通，同時與精餾工序置換平衡管道聯通，來自聚合一二三期的回收管線和各類型單體儲罐的安全閥泄放氯乙烯氣也同樣并入氣柜進出氣管道。當氯乙烯壓縮機抽量相對較低時，轉化多余氯乙烯氣體進入氯乙烯氣柜中；當氯乙烯壓縮機抽量相對較高時，氯乙烯氣柜內的氯乙烯對壓縮機前進行補充，氯乙烯氣柜起到平衡生產系統氣量的作用，使精餾系統操作穩定，同時確保壓縮機前的正壓。A型氣柜流程簡圖見圖1。

圖1 A型氣柜簡易流程

風險分析：當上游生產波動排氣量增大、操作不當導致氣體管線積液，壓縮機抽氣不順暢，氣柜出氣量減少時，氯乙烯氣柜的柜位升高，氣體從氣柜安全放空管放空；當氣柜導軌卡頓，一方面會造成系統超壓VCM會大量釋放至環境，另一方面可能會造成系統超負壓，氣柜設備抽癟VCM泄漏。以上情況均可能會造成物料損失和人員中毒，若遇明火則引起火災、爆炸等危險情況。雖然現有氣柜中設有DCS雙柜位高報警，操作人員可手動切換備用氣柜；雙柜位低報警設置有DCS自動打開補氮切斷閥環節負壓情況，但嚴重情況下，切換氣柜不及時或系統異常波動，備用氣柜也可能失效，無法有效避免事故的發生。

安全升級改造：通過風險矩陣對照風險等級和后果等級定量計算[6]，現氯乙烯氣柜處于高風險運行狀況，為將氯乙烯氣柜運行風險降低至低風險，故本次改造增加了2套A型氯乙烯氣柜的保護層，即兩個互備氣柜均增加3個SIL2等級的遠傳柜位計，同時在2個氣柜進出氣管線上增加一個SIS切斷閥，設置新增遠傳液位計三選二高報警時，切斷氣柜新增SIS切斷閥，同時切斷VCM轉化系統乙炔、氯化氫管線SIS切斷閥，關閉VCM壓縮機，SIS信號傳至DCS，DCS聯鎖切斷聚合回收管線自動閥。與此同時，因單體儲槽的液態單體在火災等事故狀態下，安全閥泄放量極大，為避免造成氣柜次生危險，本次改造將含有大量液態單體的儲槽安全閥泄放管線從進氣柜改為就地放空，此外，為精餾系統增加SIS切斷功能，避免精餾塔出現大量泄放的情況。

2.2 B型氯乙烯氣柜

工藝流程：B型氣柜為1臺，屬于單運行系統。B型氣柜為雙管氣柜，即進氣和出氣為不同管線，來氣主要是ABCD線糊樹脂聚合回收單體，儲槽類安全閥泄放單體，以及變壓吸附解吸回收的單體；出氣則進入水環壓縮機加壓、冷凝器冷卻后送至精餾工序。B型氯乙烯氣柜的作用與A型類似，起到緩沖和平衡生產系統氣量的作用。B型氣柜流程簡圖見圖2。

圖2 B型氣柜流程簡圖

風險分析：當上游生產波動排氣量增大、操作不當導致氣體管線積液，壓縮故障，氣柜出氣量減少時，氯乙烯氣柜的柜位會升高，氣體從氣柜安全放空管放空；當氣柜導軌卡頓或操作系統異常時，一方面會造成系統超壓VCM會大量釋放至環境，另一方面可能會造成系統超負壓，氣柜設備抽癟VCM泄漏。以上情況均可能會造成物料損失和人員中毒，若遇明火則引起火災、爆炸等危險情況。雖然現有氣柜中設有DCS雙柜位高報警，DCS聯鎖關閉氣柜進口切斷閥可及時停來氣，同時壓縮機能力為1 000 m3/h，聚合釜每釜回收量為8 h，800 m3，壓縮機的能力大于來氣量，且有熱備機，同時壓縮機故障DCS可遠程一鍵啟動熱備機，現有措施可及時降低事故發生的概率，但嚴重情況下，如果操作人員響應不及時，仍然無法有效避免事故的發生。

安全升級改造：通過風險矩陣對照風險等級和后果等級，現B型氯乙烯氣柜處于高風險運行狀況，為了將氯乙烯氣柜運行風險降低至低風險，故本次改造增加了1套B型氯乙烯氣柜的保護層，即氣柜增加3個SIL2等級的遠傳柜位計，同時在2個氣柜2個主路進氣管線上分別增加1個SIS切斷閥，出氣管線上增加1個SIS切斷閥，設置新增遠傳液位計三選二高報警時，切斷氣柜3個SIS切斷閥。與此同時，因進B型氣柜的安全閥泄放總管線中存在球罐安全閥、粗單體槽、鮮單體槽、釜外回收至氣柜安全閥泄放管，因此類存放大量液態單體，在火災事故情況下，VCM會大量釋放，氣柜無法承受釋放量，為避免造成氣柜出現次生危害，本次改造將含有大量液態單體的儲槽安全閥泄放管線從進氣柜改為就地放空。

3 結語

通過對氯乙烯氣柜的工藝、控制及操作的綜合危險與可操作性分析，對氯乙烯氣柜提出了增加緊急切斷裝置（SIS系統）的安全建議，增加一個遠傳柜位指示，高高聯鎖關閉進出氣管線的SIS切斷閥。除此以外，技術分析團隊還對氣柜的水封增加DCS遠傳溫度計和遠傳液位計，設置溫度低報警，對氯乙烯氣柜出現水封液位不足和水封凍冰的情況提出建議措施，降低了因水封不足造成氯乙烯氣柜泄漏的風險。以上安全措施在系統停車檢修間均已完成全部施工，現已順利安全投入使用，為氯乙烯氣柜系統的持續運行提供安全保障。此外，氯堿公司還在不斷挖掘和探索各種輔助檢測措施，避免氯乙烯氣柜設備本體造成危險事故，切實提升整個氯堿生產系統的安全性能，不斷推進氯堿公司向安全、持續、健康的方向發展。