提高废氯气吸收装置稳定性的改进

赵红妹，王俊波

(1.中海油石化工程有限公司，山东 济南 250101；2.烟台万华氯碱有限责任公司，山东 烟台 264002)

氯气属于高度危害的危险化学品[1-2]，在TDI、MDI及氯碱等行业广泛存在。氯气一旦泄露若没有合理有效的处理措施，其对人体的危害和环境的破坏都是极大且持久的。因此需对液氯生产、使用、储存、气化等过程中可能泄漏的含氯气尾气和事故氯气进行密闭回收处理。中国氯碱工业协会要求氯碱企业生产系统必须设置事故氯吸收(塔)装置[3]。实际生产中，其它非进行氯碱生产的用氯企业也根据实际生产工况设置了氯气吸收装置。氯气吸收装置是利用碱液吸收生产过程中各工序有组织及无组织排放的含氯废气，防止空气中氯气超标的保护装置。某用氯企业不存在氯气生产环节，用氯工况比较简单，目前氯气吸收装置采用两段式单塔流程，工艺流程如图1。

图1 废氯气吸收装置改造前的流程

1 运行现状

实际生产过程中，该废氯气吸收装置能够有效处理企业生产过程中产生的废氯气，排放尾气基本能够满足大气排放要求。但是该系统运行不稳定：一是吸收塔压力不稳定，出现氯气吸收塔釜压力和液位存在不断增加，超高到一定值后出现大幅度降低的情况；二是有些特别阶段(尤其开、停车阶段或者循环碱液吸收后期阶段)存在出口尾气短时间氯气超标的情况。

2 原因分析

对本套装置运行现状存在的问题进行分析，认为本系统存在以下问题:

2.1 破坏塔出液口至循环槽管路设计不合理，存在气阻问题

废氯气吸收塔碱液出口设置了内弯管，旨在维持塔内液相的低液位，但实际生产中，在开车调试时，会有气体通过内弯管进入碱液管道形成气阻、导致碱液下不来，塔内液体不断累积、液面不断升高，塔釜压力不断升高。当液面高到一定位置，液体冲破气阻快速流向循环槽，造成塔釜液位和压力急剧下降。

2.2 废氯气气量不稳定，碱液吸收效果不理想

引发的原因主要有两方面：一是运行过程中，无论是由于管路设计不合理、循环碱液粘度大或者碱液循环泵问题造成的碱液循环量不够；二是新鲜碱液的浓度为18%～20%[4]，氯气吸收过程中循环碱液的有效浓度在不断降低，循环槽内的碱液在吸收后期，吸收氯气的能力下降，不足以吸收系统来的废氯气，造成“跑氯”现象。

2.3 尾气超标解决问题时间长

系统缺少及时、有效的监控措施，不能够及时监控循环碱液运行情况及吸收塔出口尾气达标情况。

3 改进措施

3.1 改造塔碱液出口型式，增加排气管线

为了消除管路气阻问题，割掉了氯气吸收塔碱液出口的内弯管，气体不会在碱液出口管形成气阻，碱液可以顺利完成循环过程。并且在出口管线最高点设置了排气管线及阀门，必要时开启阀门排气。见图2、3。

图2 改进前 图3 改进后

3.2 增加在线检测措施，增强自动控制

3.2.1 在循环碱液管线增加流量计

各种原因引起的碱液管道堵塞或循环泵坏，都无法保障废氯气吸收塔内喷淋碱液的量，因此在循环碱液管线增加流量计进行检测，并增加流量计与碱液循环泵的联锁动作，流量低低连锁自动开启备用碱液循环泵，保证破坏塔的碱液喷淋量。

3.2.2 破坏塔出口气体设置在线分析仪

图4 废氯气吸收装置的优化流程

为解决循环碱液有效浓度不断降低，无法及时处理废氯气的问题，在破坏塔出口气体管线设置在线分析仪，以及在碱液循环槽进出口碱液管线上设置自动开关阀门。在氯气接近超标状态时，可以远程遥控打开备用循环槽的阀门，切断之前在运行的循环槽，在DCS室实现换槽动作，及时有效地解决问题。

另外由于其他无法预料的原因导致有较大量氯气排向破坏塔，循环碱液无法将其完全吸收时，破坏塔出口气体管线的在线分析仪可以报警提醒操作人员，同时开启两台碱液循环泵，增大碱液循环量，解决紧急事故工况。改造后的工艺流程见图4。

4 改进后的效果

对本废氯气吸收装置进行改进后，废氯气吸收塔运行稳定，没有再出现塔釜液位及压力大幅波动问题，各种工况下，吸收塔出口尾气均能达标排放，可见上述改进措施合理有效。

5 废氯气吸收装置优化的几点建议

5.1 安全措施

1)为防止反应热不能及时移走造成次氯酸钠分解或者循环碱液粘度大堵塞管道等问题，建议在废氯气吸收塔出口液体管线设置温度高报警；

2)废氯气吸收塔出口气体管线设置氯气在线分析仪，超标自动启动备用碱液循环泵或碱液槽；

3)碱液循环泵出口设置OPR分析仪，能有效了解循环碱液的有效浓度，调节碱液循环泵的变频电机。

5.2 节能措施

5.2.1 循环碱液冷却器采用冷冻水+循环水移热措施

循环碱液冷却器冷却介质采用循环水和冷冻水，冬天用循环水冷却，夏天用冷冻水，既能满足移热要求、又节能。

5.2.2 碱液循环泵及出口引风机选用变频电机

由于该系统负荷波动大，运行状况及其不稳定，为了保证安全有节能，建议碱液循环泵及出口引风机选用变频电机。

5.3 其它注意事项

5.3.1 备用电源

废氯气吸收塔循环泵以及引风机需要有一开一备，且有备用电源，即正常使用电源一旦断电，立即启动应急电源，保证循环泵及引风机的正常运行。如果备用电源也无法保证(有一工厂备用电源是农用电源)，那么建议增加碱液高位槽，虽然碱液高位槽不能够单独完成吸收较长时间氯气泄漏的任务，但是对于瞬时发生大量氯气泄漏的事故工况还是有非常好的“削峰”作用的。

5.3.2 设备布置

废氯气吸收塔底部液相通过自流流到碱液循环槽，由于塔内是微负压操作，因此布置废氯气吸收塔与碱液循环槽时要合理考虑高差。位差太小，塔底部容易积液，造成碱液循环不畅。但并不是高差越大越好，而是既要保证自流管线有一定的静压差克服管道阻力，管道内流体顺利流下，又要考虑工程造价，不能无限制地抬高塔的安装位置。另外，氯气吸收塔底部液相出口管道的管径适当增大，以减小管道阻力。

5.3.3 配管要求

为防止废氯气从吸收塔底部液相管道窜入碱液循环槽，在管道上设置U型弯。配管时该U型弯需布置在尽量靠近碱液循环槽入口侧，这样管道有一定的静压差来克服U型弯处的阻力，自流会顺畅的多。

6 结语

本文针对某企业原有氯气破坏装置存在的问题进行原因分析，并对装置进行了改进，效果良好。并针对新的废氯气破坏装置的优化设计提出合理的建议，供相关人员参考。

近年来随着对人身安全及环境保护越来越重视，国家对生产过程中涉及到危险化学品的行业监管力度也在加大。废氯气吸收装置能有效地防止生产异常及事故下氯气外溢对人员和环境的影响，合理设计工艺路线，不断优化设计方案对于提高生产过程的安全性及经济性有着积极影响。

[1]卫生部职业卫生标准专业委员会.GBZ 230-2010 职业性接触毒物危害程度分级[S].北京: 人民卫生出版社,2010.

[2]工业和信息化部.HG/T 20660-2017 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类标准[S].北京:化工出版社,2017.

[3]中国氯碱工业协会.关于氯气安全设施和应急技术的指导意见 第4.1条[EB/OL].(2010-10-10)[2015-02-03] http://www.doc88.com/p-0418323016732.html.

[4]陈卫东.事故氯处理装置的设计与运行[J].中国氯碱，2002(7):38-40.