次钠环保装置完善优化总结

蔡德忠，熊 鹏

（新疆中泰化学股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830009）

新疆华泰重化工有限责任公司装置目前共有3套4条生产线的高电密自然循环离子膜电解装置，1#装置采用氯工程电解槽，产能11万t/a（折百烧碱），2#装置、3#装置A、B系统为北化机电解槽，产能分别为11万t/a（折百烧碱）、15.5万t/a（折百烧碱）、15.5万t/a（折百烧碱）。

离子膜电解装置阳极室电解产物为氯气，工作场所空气中氯气允许浓度为1 mg/m3。电解装置正常生产时产生的少量废氯气以及装置应急状态或装置停车时设备管线内积存的氯气都需要进行吸收处理，严禁直接排入大气。利用氯气与烧碱溶液反应生成次氯酸钠的特性，可通过次钠环保装置来吸收废氯、事故氯气，并且计划生产次氯酸钠。因为该反应是一个放热的过程，需要设计换热器，通过冷冻水将反应产生的热量带走。反应化学方程式为2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O+106 kJ。

1 次钠环保装置的原始设计状态及存在缺陷

1#次钠环保装置设计上采用2个罐、3台碱液循环泵、1台成品次钠泵、2台次钠风机、2个塔和2台列管式钛冷却器。二塔串联设计，中间1台循环泵给两边的2台泵同时备用。原始设计尚有碱液高位槽，环保装置相关机泵接有保安电源，换热器出口管线可以互相切换，以备换热器内漏时切换使用。但如果阀门出现内漏，会造成一个罐的循环吸收液通过内漏的阀门进入另一个次钠罐，造成配比失衡。液相主管线原始设计为UPVC管线，运行达到一定年限后，管线强度下降，带压运行时，存在泄漏喷溅的安全隐患。氯酸盐分解槽氯气管线原始设计为将氯气送到次钠环保装置，这增加了次钠装置的负荷，且次钠产量较大，影响生产平衡。

2#次钠环保装置设计上采用4个罐、4台碱液循环泵、2台次钠风机、2个塔和2台板式钛换热器，二塔串联设计，但未设计碱液高位槽，动力电跳闸应急时，存在安全隐患；氯酸盐分解槽氯气管线设计为送往原氯，未设计到废氯吸收装置的管线，检修置换存在难度；头塔的碱液循环泵电机功率较高，未设计变频，启泵时，压力太高可能造成法兰垫片冲开，碱液喷溅，存在一定安全隐患；板式换热器设计面积只有10 m2和1.7 m2，无法满足大量通氯产次钠时的工艺需要，温度上升过快，有次钠分解的风险；原始设计时，次钠塔未考虑高氯次钠对塔体的腐蚀，造成塔体强度不够，已出现过泄漏情况。

3#装置次钠环保装置设计上采用2个罐、2台碱液循环泵、2台次钠风机、2个塔、2台列管式钛换热器、二塔串联设计，配套设计有碱液高位槽，且高位槽液相出口管线分2支分别加装气动阀至头塔及尾塔喷淋，分别设置连锁；氯酸盐分解槽氯气管线设计为送往废氯吸收；成品次钠泵只有1台，未设计备用泵，该泵出现故障时，将影响及时往罐区交次钠。

整体上来说，原始设计的次钠环保装置将生产应急与计划产次钠的功能合二为一了，没有独立的专门用于计划生产次钠的装置，而且次钠尾气排空口原始设计上未设计氯气检测报警装置，存在无法及时检测的风险。

2 次钠环保装置改造情况及运行现状

各套次钠环保装置头塔相关设备主要参数见表1。

表1 头塔相关设备的主要参数

1#次钠环保装置主管线目前已由UPVC管线更换为CPVC管线，管线强度大大提高，因此，装置对因系统压力抗泄漏情况的抵御能力增强。列管换热器出口切换阀门已断开，目前为每个塔单独固定使用1台换热器，杜绝了液体互串对装置运行的影响。氯酸盐分解槽氯气管线原始设计为将氯气送到次钠环保装置，已增加去原氯的管线并可以互相切换，使装置不再被动大量生产次钠，可根据生产需要随时调整氯气通量。

2#次钠环保装置的最大缺陷是原始设计未配套碱液高位槽，现已完善了碱液高位槽和在碱液、工业水、压缩空气管线，下液管线上安装气动阀与次钠碱液循环泵全停的信号设置连锁，使工艺设计趋于完善。高位槽处加盖彩板房，解决冬季防冻问题。原始设计的板换仅考虑开停车应急问题，换热面积不足，通过测算，头塔的板换并联了1台25 m2钛板换，尾塔的板换并联了1台10 m2的板换，有效解决了在开停车及计划产次钠通氯量过大时换热能力不足可能造成次钠分解发生环保事故的隐患。因高氯次钠含盐量较高，造成次钠罐底逐渐有盐析出，板式换热器板片间缝隙较小，通径小于列管式换热器，容易造成盐堵塞板片，采取定期对次钠罐底的盐进行清罐的措施以保障环保装置安全平稳运行。

2#次钠环保装置头塔的碱液循环泵电机功率为45 kW，启动电机时，泵压较高，存在出口垫片冲开、泄漏的风险，增加了变频器，使启泵操作更加安全。从本质安全化的角度考虑，对酸、碱、次钠等介质管线均安装了法兰防护圈，确保操作人员和设备的安全。

2#次钠塔原始设计材质为玻璃钢。根据销售需要，实际生产次钠以高氯次钠居多，有效氯含量为160～180 g/L，对玻璃钢缓慢腐蚀，已造成塔体出现泄漏情况。对塔体进行改造，更换为PVC+玻璃钢加强塔体，增加了塔体强度及抗腐蚀能力，避免有毒有害物质泄漏及影响正常生产。

2#氯酸盐分解槽原始设计氯气去原氯，现已增加去废氯吸收装置的管线及切换阀门，确保工艺设计完善及检修时的氯气合理去向。

3#成品次钠泵无备用泵。已利用次钠装置改造机会，增加了备用泵，完善了环保装置的工艺设计。

3套次钠装置风机排空口都在楼顶，但原始设计均无氯气检测探头，目前已加装氯气检测探头，增加了系统安全系数。

针对原始设计上没有独立的专门用于计划生产次钠的装置、每套次钠装置既作为应急装置又用于计划生产次钠的问题，对现有次钠装置进行改造。依托3#装置次钠环保装置，将3#次钠装置的氯气通过增加新管线引至2#次钠装置头塔的进口，使3#次钠装置具备割开管线进行工艺改造的施工条件，增加1台氯气吸收塔、1台列管钛换热器、2台循环碱液泵、1台成品次钠泵。将现有串联的2台氯气吸收塔改为并联的头塔，将新增的氯气吸收塔作为公共的尾塔，新增次钠碱液循环泵将次钠碱液送至列管换热器冷却后，进入新增的氯气吸收塔，出塔的次钠碱液分别配制可以去4个次钠罐的管线并分别安装阀门。从3#装置正常生产时送来的氯气由新管线送往2#装置，加装2道手动蝶阀，从而可以具备切换条件，正常情况下，3#装置产生的废氯送往2#装置，3#装置作为脱离生产装置专门计划生产次钠的装置；在2#装置异常情况下及停车大检修时，3#装置产生的废氯仍可切换送回3#次钠装置。增加从1#盐酸、2#盐酸送来的氯气管线，分别增加气动阀。改为并联头塔的2个塔的进口在来自盐酸工序的管线上分别增加气动阀，加上原有3#装置盐酸工序来的氯气管线上有气动阀，则每套装置的氯气都可以自控送往3#次钠装置。使改造后的3#装置次钠装置具备完全计划产次钠的条件。

次钠环保装置技措改造后，能完成计划产次钠的流程中，氯气气相部分示意图见图1。

3 改造完善优化效果

通过上述改造，次钠环保装置从工艺设计层面达到了安全环保设计规范的要求，无论是开停车及应急处理，还是正常生产时的计划生产次钠，都具备安全生产的条件。操作环境和工艺操作条件进一步改善，装置稳定性大大提高，同时，达到了安全环保部门对于次钠装置必须是应急装置与计划生产次钠的装置分开的要求。各套次钠装置的完善优化在实现安全环保效益的同时，也产生了相应的经济效益。

图1 次钠环保装置改造后氯气气相部分示意图