梁愛華

（唐山三友氯堿有限責任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯堿有限責任公司（以下簡稱“氯堿公司”）現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能53萬t/a，PVC產(chǎn)能43.5萬t/a、專用樹脂產(chǎn)能7萬t/a。氯堿公司現(xiàn)采用電石法制備乙炔氣工藝，該工藝在行業(yè)中應用廣泛，技術成熟可靠，但根據(jù)十幾年的運行經(jīng)驗和效果分析，依然存在影響安全生產(chǎn)和經(jīng)濟運行的不利因素。近年來，氯堿行業(yè)各層次技術管理人員致力于探究乙炔氣工藝系統(tǒng)的節(jié)能、安全、環(huán)保方面設備升級和技術改造，不斷提升乙炔氣生產(chǎn)的安全等級和經(jīng)濟效益，為氯堿行業(yè)的綠色安全可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

1 背景分析

現(xiàn)有氯乙烯制備工藝系統(tǒng)中，乙炔氣與燒堿系統(tǒng)產(chǎn)生的氯化氫在含汞觸媒的轉化器中轉化為氯乙烯。其中，乙炔氣是通過原料電石在發(fā)生器中遇水產(chǎn)生的，同時，發(fā)生器產(chǎn)生的粗乙炔氣中夾雜硫化氫和磷化氫，此類雜質氣體一方面會使含汞觸媒中毒，產(chǎn)生不可逆的吸附，破壞其活化性能，大大降低氯乙烯的轉化效率，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行；另一方面，磷化氫（特別是P2H4）自燃點低，夾雜在乙炔氣中易造成安全事故，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運行。故粗乙炔氣需要通過清凈系統(tǒng)，利用次氯酸鈉的強氧化性，對雜質氣硫化氫、磷化氫進行氧化反應，生成高價態(tài)酸根的形式，進而從粗乙炔氣中徹底除去。

乙炔清凈工序的次氯酸鈉配制濃度會直接影響清凈效果及安全性能，通常用有效氯來表征次氯酸鈉的配制指標，有效氯應控制在0.085%～0.120%，pH值在7.0～8.0。有效氯含量若超0.150%，則會釋放游離氯，與乙炔接觸反應劇烈引起爆炸，直接危害生產(chǎn)安全運行。近年，為了解決廢次氯酸鈉水回收乙炔氣并回用廢水問題，氯堿公司對乙炔清凈次氯酸鈉的配制系統(tǒng)進行了優(yōu)化和改造，參照行業(yè)做法，通過回收廢次氯酸鈉中的乙炔氣，并進一步處理后將大部分（85%）廢次鈉水安全回用于次氯酸鈉配制，即由原來的濃次氯酸鈉與水直接混合的一級配制，改造為濃次氯酸鈉與水配成1%，再由1%稀釋次鈉與脫除乙炔后的廢次鈉混合而成的多級配制，降低了原料電石消耗，同時節(jié)約了用水成本。下面將從工藝安全角度進行闡述，分析乙炔清凈次氯酸鈉多級配制工藝的安全性能，探索出進一步提高裝置安全穩(wěn)定運行的可靠措施，并進行改造。

2 次鈉多級配制工藝流程及系統(tǒng)分析

2.1 一級配制流程

次鈉配置水罐中的生產(chǎn)水由提升泵經(jīng)雙流量計和調節(jié)閥送至一級文丘里反應器的注水口，同時濃次氯酸鈉在儲罐中由濃次鈉泵經(jīng)雙流量計和調節(jié)閥送至一級文丘里反應器的加料口，經(jīng)過流量比串級控制，生產(chǎn)水和濃次氯酸鈉在反應器中配制成1%次氯酸鈉溶液，隨后進入1%次鈉儲槽。

2.2 二級配制流程

1%次氯酸鈉在儲槽中經(jīng)提升泵經(jīng)雙流量計和調節(jié)閥送至二級文丘里反應器的加料口，同時，清凈廢次鈉經(jīng)負壓閃蒸除去乙炔氣后，再經(jīng)冷卻系統(tǒng)加壓后經(jīng)雙流量計和調節(jié)閥送至二級文丘里反應器的注水口，經(jīng)過流量比串級控制，廢次鈉和1%濃次氯酸鈉在反應器中配制成0.085%～0.120%的稀次鈉溶液，然后自流至次鈉儲槽。次氯酸鈉多級配制流程簡圖見圖1。

圖1 次氯酸鈉多級配制流程簡圖

2.3 工藝系統(tǒng)分析

次氯酸鈉一級配制流程中，如2FV-1301控制回路故障，閥門全開，則會造成濃次鈉泵上料過多，直接影響二級次氯酸鈉配制的濃度。現(xiàn)有流程中已經(jīng)設置流量計的聲光報警系統(tǒng)，但依然會造成進清凈系統(tǒng)的稀次氯酸鈉濃度超標，嚴重時，過量游離氯與乙炔氣混合有造成爆炸和人員傷亡的風險；同時，次氯酸鈉二級配制流程中，如廢次鈉2FV-1305控制回路故障，閥門誤關閉，也會使1%次鈉直接進入次鈉儲槽，清凈次鈉指標異常，造成過量游離氯與乙炔混合造成爆炸和人員傷亡風險。雖然雙流量計控制均有流量高報警，但考慮到操作人員處理不及時等不可控因素，安全和不穩(wěn)定風險依然不可消除。所以，對乙炔清凈次氯酸鈉多級配制的工藝流程及控制進行合理的分析和優(yōu)化迫在眉睫。

3 工藝流程及控制系統(tǒng)優(yōu)化

為消除乙炔清凈次氯酸鈉多級配制的工藝流程及控制中的風險因素，氯堿公司技術團隊協(xié)同資質單位，通過危險與可操作性及保護層分析，對整個次氯酸鈉多級配制系統(tǒng)進行3個節(jié)點的劃分，即廢次鈉供料、次鈉一級配制和次鈉二級配制，分析每個工藝單元和操作步驟中，因工藝設計的偏差所造成的危險和可操作性問題，并對可直接測量的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、濃度等，定性識別出危害等級，提出并分析確定有足夠保護層的防止措施和減緩措施。

防止措施是防止一個或多個事故點的發(fā)生，如指示、報警、自動調節(jié)、聯(lián)鎖、操作規(guī)程等；減緩措施作用是減小事故點造成后果的嚴重程度。技術團隊本著從工藝本質安全的角度進行深入分析，確定進一步提高裝置本質安全水平的措施，使整個次氯酸鈉多級配制系統(tǒng)的安全風險程度降到較低水平。

綜合分析2.3中的工藝流程和安全風險，總結提出了一系列消減爆炸和人員傷亡的風險防控措施。即一級配制中，增加濃次鈉流量計二選二高高報警，DCS聯(lián)鎖停次鈉配制水泵和濃次鈉泵的聯(lián)鎖措施。二級配制中，1%次氯酸鈉泵出口新增切斷閥，1%次氯酸鈉雙流量計二選二高高或低低報警，DCS聯(lián)鎖關閉1%次氯酸鈉新增切斷閥，多級配制切斷系統(tǒng)優(yōu)化簡圖見圖2；同時，為降低配制系統(tǒng)安全等級至較低水平，增加廢次鈉管線DCS和SIS應急補水系統(tǒng)，多級配制應急補水系統(tǒng)優(yōu)化簡圖見圖3。此外，應急水管網(wǎng)補水切斷閥在SIS中加設緊急停車按鈕，緊急狀況下操作人員應急響應，也作為應急措施的一部分。

圖2 多級配制切斷系統(tǒng)優(yōu)化簡圖

圖3 多級配制應急補水系統(tǒng)優(yōu)化簡圖

應急補水分為DCS系統(tǒng)穩(wěn)定和SIS安全2種模式，一是為維持生產(chǎn)穩(wěn)定運行的生產(chǎn)水管網(wǎng)補水，即在廢次鈉泵出現(xiàn)故障無法提供二級配制的稀釋水時，由生產(chǎn)水管網(wǎng)直接聯(lián)鎖打開補水切斷閥，及時供應稀釋用水，降低次鈉儲槽濃度超標的風險；二是為進一步阻止運行事故狀態(tài)下安全風險的擴大，在應急水管網(wǎng)（消防用水）中增加SIL2等級切斷閥，與廢次鈉管線所在壓力形成控制回路，回路安全等級為SIL2，可在稀釋水系統(tǒng)和生產(chǎn)水管網(wǎng)均為故障狀態(tài)下，阻止游離氯含量超標的次鈉進入乙炔清凈系統(tǒng)，避免爆炸等安全事故的發(fā)生。

其中，SIS補水聯(lián)鎖系統(tǒng)在試運行期間出現(xiàn)SIL2等級的壓力表顯示為低值，即接近于零或負值，造成SIS補水聯(lián)鎖系統(tǒng)無法順利投用。經(jīng)過氯堿公司專業(yè)技術分析得出，因文丘里設備的特殊性，壓力表安裝位置與設備較近，后期將擇機將SIL2等級壓力表改造為SIL2等級流量計，再與補水閥進行聯(lián)鎖，可直接解決此項問題。

4 綜合效益及結語

通過危險與可操作性分析，對次氯酸鈉多級配制系統(tǒng)進行風險識別后，消除了因設計缺陷或儀表故障等因素造成的風險。通過乙炔清凈次氯酸鈉多級配制系統(tǒng)工藝和控制優(yōu)化，提高工藝系統(tǒng)安全等級和本質安全水平，一定程度上為乙炔清凈系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供堅實保障。乙炔清凈為事故多發(fā)工序，在追尋經(jīng)濟效益的同時，應更加關注其系統(tǒng)的安全性能，深入挖掘分析不利于安全生產(chǎn)的風險因素，通過對工藝及控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，切實推進企業(yè)和氯堿行業(yè)健康發(fā)展。