陳衛(wèi)蘭

(宜賓天原集團(tuán)股份有限公司，四川 宜賓 644200)

1 生產(chǎn)系統(tǒng)基本情況

某公司設(shè)有氯堿與聚氯乙烯兩個(gè)分廠。聚氯乙烯分廠主要包括氯化氫合成工序、乙炔發(fā)生工序、氯乙烯合成工序、聚合工序等；氯堿分廠主要包括電解工序、液氯工序、液堿工序等。

進(jìn)入聚氯乙烯分廠氯化氫合成爐的氫氣與氯氣均來自氯堿分廠電解工序，其中氫氣通過氫氣緩沖罐、阻火器、爐前阻火器進(jìn)入合成爐；氯氣分別經(jīng)原氯緩沖罐、尾氯緩沖罐，再經(jīng)氯氣分配臺(tái)進(jìn)入氯化氫合成爐，與氫氣按比例燃燒。氯氣和氫氣原則上按1∶(1.05～1.10) 的比例燃燒生成氯化氫氣體,從合成爐頂部導(dǎo)出的氯化氫氣體經(jīng)盤旋式空氣冷卻器冷卻至120 ℃以下，進(jìn)入石墨冷卻器冷卻后，再輸送到氯乙烯合成工序生產(chǎn)氯乙烯或通過制酸平臺(tái)與吸收塔后制成鹽酸。氯化氫生產(chǎn)及用途工藝流程示意圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)改造前的情況

(1)氯化氫合成爐點(diǎn)爐采用的是開放式人工點(diǎn)火方式，每臺(tái)合成爐點(diǎn)火時(shí)至少需要4人(點(diǎn)火操作2人，開啟氫氣、氯氣截止閥，反復(fù)調(diào)節(jié)氯化氫分配臺(tái)、制鹽酸分配臺(tái)調(diào)節(jié)閥等至少2人)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。另外，操作人員點(diǎn)火時(shí)須面對(duì)氯化氫合成爐爐門，而爐內(nèi)的氫氣燃燒需要爐外部的大氣供氧，點(diǎn)火瞬間產(chǎn)生的火焰容易沖出爐門，造成人員燒傷。

(2)進(jìn)入氯化氫合成爐的氯氣、氫氣的流量調(diào)節(jié)全部采用人工手動(dòng)操作，且無遠(yuǎn)傳流量顯示，操作人員須反復(fù)到現(xiàn)場(chǎng)觀察流量并開關(guān)閥門，才能保證生產(chǎn)正常，增大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 氯化氫生產(chǎn)及用途工藝流程示意圖

(3)氯化氫合成爐燃燒的火焰顏色是判斷爐況是否正常的重要指標(biāo)。正常生產(chǎn)時(shí)，火焰顏色為青白色；如氯氣過量，則火焰顏色會(huì)變成淡黃、黃色、深黃、粉紅、紅色，直至發(fā)紫。從火焰顏色異常的情況可以判斷合成爐內(nèi)游離氯超標(biāo)，游離氯超標(biāo)將會(huì)引發(fā)后續(xù)工序混合脫水的燃爆事故。這個(gè)重要監(jiān)控指標(biāo)全靠人工通過視鏡觀察，在火焰顏色異常(如發(fā)黃、發(fā)紅)時(shí)，觀察人員須通知操作人員調(diào)節(jié)氯氣或氫氣閥門。合成爐運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)后，容易造成視鏡模糊，操作人員看不清火焰顏色，不能準(zhǔn)確判斷爐況，為系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行埋下了安全隱患。2016年該公司就曾經(jīng)發(fā)生過操作人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)合成爐火焰顏色發(fā)黃，因而未能及時(shí)調(diào)節(jié)氫氣與氯氣的配比，導(dǎo)致輸送到后端的氯化氫中的游離氯在氯乙烯合成混合器內(nèi)與乙炔反應(yīng)，生成了氯乙炔并放出大量熱量，引起混合氣體的瞬間膨脹，造成混合脫水系統(tǒng)的混合器、列管式石墨冷凝器等薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生爆炸，使整個(gè)化工系統(tǒng)停車。

(4)合成爐中的氯化氫純度全靠人工取樣分析，按每臺(tái)4次/h的頻率開展(生產(chǎn)系統(tǒng)異常時(shí)采樣分析頻率更高)；重點(diǎn)監(jiān)控指標(biāo)的氯化氫中的游離氯含量(工藝指標(biāo)0～0.002%)也全靠人工采樣分析，且頻率較高[1次/(2 h)]，分析方法也較為繁瑣。當(dāng)生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，氯化氫純度和游離氯指標(biāo)會(huì)有所變化，但由于人工取樣分析時(shí)間較長(zhǎng)，且人工分析樣品的精確程度也有差別，很多時(shí)候，操作人員只能通過合成混合器、預(yù)熱器的溫度變化來判斷系統(tǒng)內(nèi)是否已產(chǎn)生游離氯，造成異常情況下未能及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)，同樣會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(5)氯化氫合成工序輸送到氯乙烯合成工序的氯化氫氣體，其流量調(diào)節(jié)以及吸收制酸的調(diào)節(jié)全部是手動(dòng)操作，且現(xiàn)場(chǎng)氯化氫分配臺(tái)采用DN250鋼襯聚四氟乙烯隔膜閥，開啟、關(guān)閉閥門時(shí)需要2個(gè)人同時(shí)操作。由于系統(tǒng)安全生產(chǎn)的需要，在調(diào)節(jié)流量時(shí)還必須保證流量平穩(wěn)，否則會(huì)影響后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定，這對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技能要求較高。

(6)氯化氫合成爐的重要參數(shù)指標(biāo)，即游離氯含量未納入公司的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，游離氯一旦超標(biāo)，會(huì)延誤公司整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的應(yīng)急處理。

由以上可以看出：氯化氫合成系統(tǒng)的開停車操作、正常生產(chǎn)時(shí)的系統(tǒng)調(diào)整和異常情況下的系統(tǒng)應(yīng)急處理全部靠人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作和監(jiān)控，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且對(duì)員工的操作技能和操作經(jīng)驗(yàn)要求較高。同時(shí)，手動(dòng)操作會(huì)造成誤差，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3 系統(tǒng)改造

3.1 增加氯化氫合成爐自動(dòng)點(diǎn)火裝置與遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常生產(chǎn)的自動(dòng)控制

3.1.1 改造措施

鑒于自動(dòng)點(diǎn)火裝置在國(guó)內(nèi)應(yīng)用已比較成熟，項(xiàng)目組決定增加氯化氫合成爐的自動(dòng)點(diǎn)火裝置和補(bǔ)充空氣閥接口，即點(diǎn)火前打開補(bǔ)充空氣閥，一鍵啟動(dòng)自動(dòng)點(diǎn)火裝置，氫氣、壓縮空氣分別經(jīng)過對(duì)應(yīng)的控制閥進(jìn)入點(diǎn)火裝置，點(diǎn)火槍在爐內(nèi)自動(dòng)打火，引燃爐內(nèi)的氫氣。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，項(xiàng)目組決定增加火焰遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、紫外線火焰監(jiān)測(cè)孔和部分自控閥門。在火焰?zhèn)鞲衅鹘邮盏叫盘?hào)后，氫氣旁路閥和氫氣程控閥自動(dòng)打開，并逐漸增大空氣、氫氣的供給量;等火焰?zhèn)鞲衅鹘邮盏交鹧娣€(wěn)定信號(hào)后，氯氣旁路閥和氯氣程控閥自動(dòng)逐漸打開，氯氣進(jìn)入爐內(nèi)燈頭與已進(jìn)入燈頭的氫氣混合并充分燃燒，壓縮空氣控制閥完全關(guān)閉；自動(dòng)點(diǎn)火完成后，關(guān)閉氫氣點(diǎn)火閥，將合成爐系統(tǒng)切換至自動(dòng)運(yùn)行，關(guān)閉氫氣、氯氣旁路閥；爐內(nèi)火焰穩(wěn)定后，關(guān)閉補(bǔ)充空氣閥。自動(dòng)點(diǎn)火流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)點(diǎn)火流程示意圖

3.1.2 改造效果

實(shí)現(xiàn)氯化氫合成爐一鍵自動(dòng)點(diǎn)火，氫氣、氯氣流量調(diào)節(jié)可在DCS與現(xiàn)場(chǎng)控制進(jìn)行切換。自動(dòng)控制水平的提高降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人為因素對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，降低了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 增加在線氯化氫純度與游離氯監(jiān)測(cè)設(shè)施，優(yōu)化合成系統(tǒng)安全聯(lián)鎖的投用

3.2.1 改造措施

為了使氯化氫合成系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全、可靠，項(xiàng)目組經(jīng)過論證，將氯化氫合成系統(tǒng)中的重要參數(shù)指標(biāo)納入公司安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。方案如下：如出現(xiàn)氯化氫合成爐內(nèi)游離氯超標(biāo)，當(dāng)游離氯體積分?jǐn)?shù)達(dá)2×10-5時(shí)，則系統(tǒng)報(bào)警，操作人員立即手動(dòng)調(diào)節(jié)增大氫氣進(jìn)爐量，減小氯氣進(jìn)爐量，同時(shí)取樣分析游離氯含量。游離氯含量正常后，恢復(fù)氫氣和氯氣流量到正常指標(biāo)。當(dāng)游離氯體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4×10-4時(shí)，合成工序自動(dòng)緊急切斷乙炔，操作人員手動(dòng)將氯化氫切換到吸收裝置。而要實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖就要增加在線氯化氫純度與游離氯含量監(jiān)測(cè)設(shè)施，在氯化氫總管上增加1臺(tái)氯化氫冷卻器，氯化氫氣體進(jìn)入在線分析儀前通過冷卻器降溫除去冷凝酸；同時(shí)增加1臺(tái)在線氯化氫純度與游離氯含量分析儀對(duì)氯化氫進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)分析。

3.2.2 改造效果

將氯化氫合成爐的重要參數(shù)指標(biāo)(即游離氯含量)納入公司安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)超標(biāo)，系統(tǒng)立即自動(dòng)緊急切斷乙炔，降低了后續(xù)氯乙烯合成工序生產(chǎn)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 改造氯化氫吸收裝置的部分設(shè)施，增加氯化氫合成系統(tǒng)的自動(dòng)控制點(diǎn)位

3.3.1 改造措施

氯化氫分配臺(tái)、制酸分配臺(tái)和鹽酸總管等設(shè)備、管道上均安裝的是手動(dòng)隔膜閥。項(xiàng)目組經(jīng)過論證，決定將以上手動(dòng)閥門改為調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)與出爐氯化氫壓力變送器的聯(lián)鎖控制，氯化氫流量調(diào)節(jié)和鹽酸吸收系統(tǒng)的切換操作等就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。工藝聯(lián)鎖步驟設(shè)置為：在系統(tǒng)正常運(yùn)行制酸時(shí)，由操作人員在DCS上手動(dòng)控制分配臺(tái)上的調(diào)節(jié)閥，根據(jù)氯化氫總管流量計(jì)顯示數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)氯化氫流量。當(dāng)系統(tǒng)異常需緊急停爐時(shí)，進(jìn)爐氫氣、氯氣調(diào)節(jié)閥選擇手動(dòng)緊急降負(fù)荷，上塔吸收水調(diào)節(jié)閥快速打開，制酸分配臺(tái)氯化氫調(diào)節(jié)閥和吸收塔調(diào)節(jié)閥、鹽酸總管程控閥快速打開，操作人員可在DCS上手動(dòng)將氯化氫切換到吸收裝置。

3.3.2 改造效果

氯化氫吸收裝置改造完成后，完善了氯化氫合成自動(dòng)控制系統(tǒng)，減少了現(xiàn)場(chǎng)操作頻次，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)緊急停爐等異常情況的快速調(diào)節(jié)，提高了事故應(yīng)急處理的速度，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。