钾碱生产中重大危险源控制与综合治理技术

李玉良

（冀中能源邢台矿业集团有限责任公司金牛钾碱分公司，河北邢台054000）

钾碱生产中重大危险源控制与综合治理技术

李玉良

（冀中能源邢台矿业集团有限责任公司金牛钾碱分公司，河北邢台054000）

通过对氢氧化钾生产的各个工序进行技术改造，达到了安全生产的目的，同时实现了对重大危险源进行有效监控和事故处理的智能化指挥。

重大危险源；氯气；安全连锁；监控；智能指挥

金牛钾碱公司以氯化钾为原料、采用离子膜电解工艺生产氢氧化钾，是目前国内最大的氢氧化钾生产企业之一。生产过程中产生氯气、氢气及其他一些危险化学品。其中，氯气经洗涤、干燥、压缩、冷冻液化后，灌装作为商品液氯出售，液氯的贮存按照危险化学品重大危险源辨识GB18218-2009规定可构成重大危险源；氢气属于易燃易爆的危险气体。

近年来，该公司对生产工艺、过程的安全控制等实施了一系列重大技术改造，产生了很好的效果，为保证安全生产起到了决定性的作用。

1 在盐水精制工序除氨，消除爆炸隐患

氢氧化钾的生产工艺首先是将氯化钾溶解于水中，经过一次盐水处理、二次盐水精制，将粗盐水中的钙、镁等杂质离子及有机杂质除去，生产出符合电解槽要求的精盐水。氯化钾水溶液经电解生成30%氢氧化钾、氯气和氢气。30%氢氧化钾进入蒸发浓缩工序生产成品液碱和片碱；氯气、氢气进入氯氢处理工序，氯气经洗涤、冷却、干燥后再进行压缩、冷冻使氯气液化，在包装工序装入钢瓶或液氯槽车出售，氢气经洗涤冷却后压缩，一部分输送到蒸发片碱工序作为氢气燃烧炉的燃料使用，另一部分用于合成盐酸。

原料氯化钾本身及其在储运过程中往往混入少量的铵盐、氨及其他有机杂质，有机物的存在会影响盐水精制所使用的螯合树脂的功能，必须靠加入氧化剂如次氯酸钾将其氧化为小分子量的物质，在此过程中也生成氨和铵盐。若盐水中的氨和铵盐较多，则在电解反应中产生三氯化氮：

在电解槽反应中，物料温度可达87℃以上，气态的三氯化氮随氯气从阴极侧排出，正常情况下，气相中NCl3的体积分数小于5%时不会发生爆炸，但在氯气液化过程中，由于蒸气压的不同，三氯化氮容易发生富集并存于容器的底部，当质量分数超过5%时就有爆炸的危险。

使用氯化钾作为生产氢氧化钾的原料，在用次氯酸钾将盐水中的有机杂质氧化之后，生成的氨溶解、夹带于粗盐水中。为了除去盐水中的氨，设计、安装了除氨塔，塔内装满了塑料填料，盐水从氨吹除塔上部流入，下部通过离心式脱氨风机向塔内鼓风，鼓风量为3 500m3/h，盐水中的氨就被吹出来，有效地除去了盐水中的氨。控制盐水中总铵含量为30×10-6以下，满足了电解槽对进槽盐水的质量要求，也使盐水在电解过程中产生的三氯化氮量大大减小，极大地提高了生产的安全性。

2 加强液氯容器中三氯化氮的分析监控、定期排放并进行无害化处理

氯气液化工序的液氯分离器及液氯中间槽底部安装有排污阀，为了防止三氯化氮在容器底部富集，每天对液氯容器进行一次排污，每周对容器底部的排污进行一次分析化验，把三氯化氮质量浓度严格控制在60 g/L以下。定期排污可以排出容器底部可能累积的三氯化氮，将其排到排污槽中，并用氢氧化钠碱液中和进行无害化处理，NCl3遇碱迅速分解，反应式为：

这样就避免了由于三氯化氮的富集而引起的爆炸事故。

3 在电解过程中设置安全连锁

离子膜氢氧化钾的生产过程高度自动化，采用了日本横河电机株式会社生产的DCS控制系统。为了确保生产过程的安全，设置了若干紧急连锁。

（1）氯气透平机和电解槽整流供电之间的正反连锁。

处于正常运行的氯压机由于电源故障、雷击、机械故障等多种原因可能突然停车。为了防止氯气管道压力突然增大而发生泄漏，保证氯气系统的安全，设置的连锁功能将立即停止整流系统对电解槽的供电，使电解槽停止运行，称为正连锁。同样，在正常生产中整流系统也有可能因各种原因停车，此时连锁装置将立即切断氯气透平机和氢气压缩机的供电，氯气透平机、氢压机停止运行，以保护离子膜等设备的安全，成为反连锁，之后启动正连锁。电解工序与氯氢处理工序的正反连锁，对生产的安全运行有极其重要的作用。

（2）氯气系统压力、电解槽压差的连锁。当氯气总管压力增大时，为了保证安全，若压力超过设定值（例如，该公司老氯气系统为70 kPa）,则电解槽连锁停车，同时启动尾气风机对氯气进行无害化处理；若电解槽的阳极室与阴极室的压差超过设定值（例如，连公司老系统正压差35 kPa、负压差-5 kPa），则电解槽连锁停车以保护离子膜不受损坏。

（3）阴极液泵、阳极液泵与电解槽的连锁。在复极式强制循环电解工艺中，阴极液泵、阳极液泵任何一台停运，电解槽都会被连锁停车，以防止压差过大损坏离子膜。

（4）槽电压连锁。为了保证电解槽的安全运行，还设置了槽电压连锁。若槽电压超过设置的最高值，则报警、连锁停车，以防止电解槽继续运行而可能产生的槽框爆炸危险。

4 对非正常生产中的氯气用碱液吸收进行无害化处理

在电解槽及氯氢处理系统正常安全生产时，氯气总管保持一定的压力。为了防止氯气总管压力突然增大而出现安全事故，在氯气总管上连通1根通往尾气处理工序的管路，一旦氯气总管压力超过设定值，则通往尾气处理管路上的阀门自动打开，多余的氯气去尾气处理工序进入尾气吸收填料塔的下部，氢氧化钠水溶液从尾气吸收塔上部往下喷淋，与氯气在塔内形成逆流，氯气被氢氧化钠水溶液吸收进行无害化处理，反应如下：

由于反应是放热反应，必须及时移走反应热。尾气处理采用两级吸收塔串联操作。当氯气总管压力恢复正常时，则通往尾气处理的自动阀关闭恢复正常生产。另外，当电解槽开停车时，产生的氯气因纯度不高也可以进入尾气处理工序进行无害化处理再排空。

5 氯气尾气处理工序备用EPS应急电源

氯气尾气无害化处理有备用的EPS应急电源。EPS应急电源由互投装置、自动充电机、逆变器及蓄电池组等组成。在交流电网正常时，逆变器不工作；当交流电网突然停电时，互投装置立即投切至逆变电源供电；当电网电压恢复时，应急电源恢复为电网供电，这样就保证了在突然停电时尾气处理工序的电器仍能继续工作，本工序正常运行，将氯气管道中的氯气完全用氢氧化钠溶液吸收进行无害化处理，确保没有氯气泄漏到环境中。

6 对液氯包装工序实施自动化充装改造

原来液氯充装系统为手动操作，每个液氯钢瓶的充装重量为990（±1）kg，在实际生产过程中，手动操作不易控制充装量且劳动强度大，易发生因操作失误导致的氯气泄漏事故。将原充装方式改为自动充装，利用PLC自动控制技术和气动装置，可自动、准确地控制充装量，防止过量充装，从而保证了准确、安全的液氯充装，同时大大方便了液氯钢瓶的检验，也有利于钢瓶的档案管理，从根本上消除了人为操作事故。

7 氢气燃烧炉采取点炉及运行自动化连锁保护

（1）燃烧炉点火及运行均靠PLC自动控制，控制系统能够自动调节空气和氢气的配比，保证燃烧炉安全运行。当氢气压力或助燃空气压力分别低于其设定值时，系统能够自动报警，控制程序将关闭氢气自动阀及助燃空气自动阀，停止向炉内供气，燃烧炉火焰熄灭以保证燃烧炉的安全。故障排除之后才可以重新点炉，使燃烧炉重新在正常状态下运行。

（2）燃烧炉上装有紫外光火焰探测器。当燃烧炉异常停止运行导致火焰熄灭时，探测器因探测不到紫外光而报警，PLC自控系统将自动切断氢气阀门、助燃空气阀门，停止向炉内供气，保证燃烧炉的安全。

8 建立重大危险源监控及事故处理智能指挥系统

本系统是以氯气等危险化学品的安全监控和事故智能化处理为目的，将工艺、安全、多媒体、自动控制等多方面先进技术整合而形成的综合监控指挥系统。

通过建立厂区的三维场景模型和电子地图，可以监视全厂各个工序的安全生产情况。现场安装有危险气体报警仪，当氯气或氢气的泄漏达到报警值时，报警信号就通过DCS系统传输到主控多媒体计算机上，可以在电子地图上看到相应的工序有报警灯光闪烁，还可以以声音信号的形式提醒。这种监控可实现对整个生产厂区的无缝隙覆盖，及时告知危险气体泄漏的具体地点。

该系统成功地整合了金牛钾碱公司的“事故处理应急预案”。对每一个DCS输入点，在系统软件的管理员界面中进行设置DCS监测点的名称及所属预案。这样，当某一路DCS输入报警时，系统会自动切换至此路信号所对应的预案，同时模型上对应的报警位置所在地点的灯光会闪烁，以多种信号形式显示处理步骤及逃生路线，极大地提高了事故的判断速度及处理能力。平时，在触摸屏上还可方便地调出各事故性质应急预案、实时监控图像和历史记录。

通过自动控制系统进行远程操作。例如，当氯气储罐发生泄漏时，氯气储罐室采用卷帘门自动关闭系统，碱液自动喷淋系统，氯气泄漏自动报警系统。所有这些可以通过远程操作避免操作人员直接进入危险区域，避免了对人的伤害，还能及时发现和处理事故隐患。

M ajor hazard control in potash production and comprehensive technology

LIYu-liang
(Tauras Potash Company,JZEGXingtaiMiningGroup Co.,Ltd.,Xingtai054000,China)

The purpose of production safetywas achieved by a series of technology innovation in the various processes of potassium hydroxide production,while the effective monitoring of major hazard and the intelligence command of incidenthandlingwere realized.

majorhazard;chlorinegas;safety chain;monitoring;intelligence command

book=28,ebook=264

TQ086.3

B

1009－1785(2010)11－0028-03

2010-06-17