氯化氢合成生产装置运行总结

赵 洁

（山东鲁泰化学有限公司，山东 济宁272300）

山东鲁泰化学有限公司（以下简称“鲁泰化学”）前身为济宁金威煤电有限公司，是山东鲁泰控股集团有限公司的全资子公司。鲁泰化学主导产业为氯碱化工项目，设计生产能力分别为36万t/a烧碱和37万t/a聚氯乙烯树脂，6万t/a高纯盐酸。离子膜法烧碱项目分2期建设，第1期6万t/a项目于2004年11月正式投产，第2期30万t/a项目于2012年10月正式投产。

1 氯化氢合成生产装置简介[1]

氯化氢合成2期生产装置共7台SZL-1600型副产蒸汽组合式石墨氯化氢合成炉，配合37万t/a聚氯乙烯产能，每年需生产氯化氢气体24.05万t，每台氯化氢合成炉设计生产能力为5万t/a。为保证设备长周期稳定运行，保持氯化氢合成炉4万t/a运行方式，已达设备的最优运行，即运行6台合成炉生产氯化氢气体作为氯乙烯合成的原料气，控制氯化氢纯度≥92%，游离氯＜20×10-6，满足安全生产要求；运行1台氯化氢合成炉直供降膜吸收器吸收做酸，将氯化氢纯度控制在90%左右，保证高纯盐酸中游离氯含量为5×10-6以下，满足盐水、电解工序用酸生产要求，满负荷生产时，盐水、电解工序每天用酸量110 t左右。因氢气系统含水，电解工序阳极副反应氯气系统含氧气，氯化氢合成生产时会有少量冷凝酸产出，由氯化氢合成炉炉底冷凝酸储槽密闭收集暂存。

副产蒸汽组合式氯化氢合成炉共分4段，自下至上分别为燃烧段、高温段、夹套过渡段、冷却段。底部燃烧段和夹套过渡段为循环纯水换热降温，顶部冷却段为循环水换热降温，中部蒸发段为锅炉水换热降温副产低压蒸汽。

降膜吸收器吸收做酸后自流至盐酸中间槽暂存，共计3台；高纯盐酸储槽共计4台；食品添加剂盐酸储槽1台（1期装置生产），冷凝酸储槽2台（地上储槽、低位储槽各1台，生产装置运行时使用地上盐酸储槽，停车检维修期间、取样分析液相回收使用低位储槽），采用填料（酸雾）吸收塔双塔串联方式吸收储罐内挥发的氯化氢气体。

2 氯化氢合成生产装置优点

生产装置自动化控制水平高，操作人员干预少，设备运行安全、稳定。生产现场盐酸（氯化氢）密闭收集、尾气连续净化，工作环境清洁、优美。小改小革、技术改造动力足，创新活力不断提升。资源使用合理，生产成本降低，企业盈利能力增强。

3 氯化氢合成装置生产模式

3.1 全部采用智能化点火系统，保证装置开车安全

3.1.1 智能化点火系统应用情况

生产装置自2013年开始使用智能化点火技术，经过不断摸索、技术改造，目前氯化合成炉全部实现智能化点火，达到半自动点火目的，智能化点火系统安全平稳运行。相比人工点火，智能化点火系统更加安全、高效、可靠，减少了人工现场干预，一定程度上保障了现场操作人员的人身安全，提高了氯化氢合成生产装置自动化水平。

智能型点火系统主要是由PLC控制的系统，有PLC控制柜、现场点火阀门及流量控制、现场点火控制柜、点火燃烧器等组成的成套系统。点火控制分为PLC远程控制、PLC就地控制和DCS远程控制3种方式。DCS操作系统引入集中控制室，日常生产操作中，合成炉点火步骤由DCS系统全程控制，一人操作即可完成点火操作，为保证生产安全，正常情况下DCS系统操作方式为一人操作、一人监护。

3.1.2 氯化氢合成炉点火系统自控阀门设置情况

合成炉氢气系统支管设有氢气点火旁路切断阀、氢气主管路切断阀、氢气流量调节阀、SIS系统氢气切断阀；合成炉氯气系统支管设有氯气点火旁路切断阀、氯气主管路切断阀、氯气流量调节阀、SIS系统氯气切断阀；合成炉炉门设有炉门点火切断阀。

3.1.3 氯化氢合成炉智能化点火步骤

（1）现场操作人员调整好降膜吸收器做酸系统，置换合成炉内可燃气体，分析人员取样分析，氢气纯度、氯气纯度及合成炉内可燃气体含量取样分析合格后，通知DCS操作人员，具备点火条件，DCS操作人员准备点火前确认工作，操作人员撤离点火现场，远距离观察氯化氢合成炉内点火情况。

（2）DCS操作人员切换操作方式为远程控制，点击“点火允许”按钮，DCS系统发出信号给PLC控制系统，PLC控制系统获取信息，此时点火允许指示灯亮，可进行下一步操作。

（3）DCS操作人员点击“点火启动”按钮，PLC控制系统开始工作，首先进入点火枪头空气吹扫状态，可设置吹扫时间10～15 s后，点火用氢气切断阀开启，此时点火枪头盘旋混合，PLC系统发火器发电引燃（30 s引火失败，重新点火）点火用氢气，点火枪头热电偶温度传至DCS系统，枪头热电偶温度至120℃，“枪火焰”指示灯亮，可进行下一步操作。

（4）DCS操作人员点击“确认点小火”按钮，此时，DCS系统氢气点火旁路切断阀、氢气主管路切断阀同时开启，生产系统氢气进入合成炉石英灯头由点火枪引燃。DCS操作人员通过火焰监测视频、现场人员通过现场炉门孔查看合成炉内氢气燃烧正常后，可进行下一步操作。

（5）DCS操作人员点击“开氯气点火阀”按钮，此时，DCS系统氯气点火旁路切断阀、氯气主管路切断阀同时开启，生产系统氯气进入合成炉石英灯头和氢气混合燃烧。DCS操作人员通过火焰监测视频、现场人员通过现场炉门孔查看合成炉内火焰颜色正常后，可进行下一步操作。

（6）确认火焰颜色变色正常后，DCS操作人员关闭合成炉炉门切断阀，逐渐提升生产负荷。

（7）点火结束，DCS系统发出“停止点火”信号给PLC控制系统，PLC控制系统获取信息，PLC现场柜空气切断阀、点火用氢气切断阀关闭，充氮切断阀开启，现场人员调整好氮气流量，保持点火枪头持续充氮正压保护，做好维护保养工作。

3.2 设置仪表在线监测装置

3.2.1 锅炉水系统pH值监测

锅炉给水输送泵出口设置锅炉水pH值在线监测，监测锅炉水经夹套降温至35℃左右，从而延长pH监测电极使用周期。锅炉水因高温电离程度增大而显示酸性，对锅炉水系统管道及低压蒸汽管道发生化学腐蚀，管道极易泄漏，影响正常生产。

正常生产情况下，锅炉水系统pH值控制在7～9，当pH值＜7时，在锅炉给水输送泵进口管道加入磷酸三钠缓蚀剂，经离心泵叶轮混合后均匀加入锅炉水系统，磷酸三钠水解显碱性，从而保证锅炉水系统pH值保持在7～9。由于低压蒸汽中携带磷酸三钠含量较少，满负荷生产时，每月消耗磷酸三钠约20 kg。

锅炉水系统管道为无缝钢管，现场操作人员定期对锅炉水系统进行排污操作，回收至锅炉水收集水箱，锅炉水收集泵经锅炉水收集箱液位开关控制自动启动，输送至一次盐水配水储罐，磷酸三钠可吸附一次盐水中的金属杂质，起到了净化作用。锅炉水中的固体杂质经一次盐水压滤工序进行过滤处理。

3.2.2 盐酸系统生产浓度监测

降膜吸收器做酸系统下酸管道安装了盐酸浓度在线分析仪，DCS系统操作人员可根据盐酸浓度运行指标及时调整产酸吸收水流量，保证了盐酸浓度控制在合格指标内。

产酸吸收水为纯水，在纯水系统进入装置区前安装电导率监测，DCS系统操作人员可根据纯水电导率变化情况提前预判纯水质量。

3.2.3 氯化氢燃烧火焰颜色远程监看，氯化氢气体含游离氯在线分析

为保证氯化氢合成的安全生产，通常根据氯、氢燃烧火焰变色情况及合成气中游离氯含量综合判断氯化氢合成生产情况，现场设置监火摄像头和游离氯在线监测仪，将检测信号传送至DCS集中控制室，由DCS操作人员实时监看，现场人员手动分析氯化氢纯度，保障了氯化氢合成的安全生产，确保输送出的氯化氢气体满足氯乙烯合成的生产要求。

3.3 设置氢气、关键动设备、SIS系统压力联锁阶梯控制

3.3.1 氢气系统控制情况

自电解槽产出的氢气经氢气处理工序降温、除水后，加压输送氯化氢生产界区氢气分配台，分别进入氯化氢1期生产装置、氯化氢2期生产装置和去氢气气柜，氢气系统压力由末端压力稳压调节阀控制至0.090 MPa供生产使用，稳压调节阀后分两支管，一路经氢气阻火器直接放空，一路输送至去氢气气柜管道。氢气气柜输送调节阀设定压力至0.088 MPa，当氢气分配台压力≤0.088 MPa时，去气柜输送调节阀自动关闭，以保证生产装置用氢安全；但当氯化氢生产装置提升负荷时，因氢气分配台缓冲能力弱，压力波动较大，触动去气柜输送调节阀联锁值，调节阀关闭，造成氢气系统压力波动，影响正常生产。停车检修期间，将氢气系统取压点前移，在氢气处理工序界区增加压力变送器，与氢气分配台压力组成“与”逻辑，当氢气系统压力异常，两处压力同时≤0.088 MPa时，去氢气气柜输送调节阀关闭。

氯化氢合成炉生产氢气压力取压自氢气缓冲罐，根据氯化氢合成炉开车顺序及前工序生产异常情况，将氢气压力联锁值进行阶梯控制：1#、3#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.086 MPa；5#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.084 MPa；2#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.082 MPa；4#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.080 MPa；6#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.078 MPa；7#氯化氢合成炉氢气压力联锁设定值0.076 MPa。

如遇电解槽、氢气压缩机跳停等异常情况，根据氢气系统压力降低情况进行联锁保护合成炉单台或多台停车，稳定氢气、氯气系统压力，通过操作人员应急响应来保证异常情况下生产装置安全、稳定运行。

3.3.2 安全仪表系统

在氯化氢合成炉氢气、氯气入炉支管上分别设置SIS系统压力变送器、SIS系统紧急切断阀，SIS系统氢气、氯气压力联锁值同DCS系统联锁值，当生产出现异常情况时，SIS系统、DCS系统同时响应，生产异常处理达到“双保险”。

3.3.3 关键动设备热备用，异常情况自动开启

纯水循环输送泵、锅炉给水泵（均为2开1备）为氯化氢合成生产装置关键动设备，动设备供应循环纯水、锅炉水不足或中断极易造成石墨设备过热，造成设备损坏，影响正常生产；基于以上情况，在循环纯水总管、锅炉给水总管设置压力变送器，备用动设备进出口阀门全部开启，并设置压力LL联锁，当循环纯水总管压力≤0.15 MPa、锅炉水总管压力≤0.6 MPa时，备用泵启动，出口调节阀逐渐开启，从而保证氯化氢合成反应放出的热量能够有效换热，从而达到装置安全、稳定生产。

3.4 生产过程中冷凝酸自动控制处理

由于氢气系统带水、氯气系统含氧，在氯化氢反应过程中会有少量水，与氯化氢气体充分接触经降温冷却，在生产过程中会有冷凝酸产生，设置冷凝酸储槽，在储槽设置远传液位计、出口安装放酸调节阀，冷凝酸储槽出口调节阀与储槽液位设置单回路控制，为避免氯化氢气体进入酸雾吸收塔气相管道，将液位设置50%，通过氯化氢合成炉内压力（0.05 MPa）将冷凝酸输送至地上盐酸储槽暂存。

3.5 生产过程取样分析，气相负压吸收、液相回收利用

氯化氢纯度及盐酸中间槽取样时，现场铺设酸液回收管道至低位槽，回收管道上部开孔连接至负压管道，取样承接漏斗下部用橡胶塞密封，取样时将橡胶塞取下，在微负压下取样，氯化氢气体被抽至酸雾吸收装置吸收净化，取样液回收至低位槽。

3.6 盐酸尾气连续净化，吸收液回用至生产系统

各盐酸储罐罐顶连接至酸雾吸收装置气相负压管，负压管自一级吸收塔中接入，自一级吸收塔顶部串联进入二级吸收塔中部，二级吸收塔顶部气相管连接风机进口，通过补气手阀控制气相管负压，避免酸雾外溢。

一级吸收塔循环液来自一级吸收塔循环泵，二级吸收塔循环液来自二级吸收塔循环泵。在一级（二级）吸收塔内气、液逆向接触，氯化氢被循环液吸收，循环液浓度升高，当二级吸收塔内循环液浓度5%时，更换循环液。

酸雾吸收装置负压气相管设置压力变送器，气相总管进口设置补气调节阀，与压力变送器设置单回路调节控制，负压总管压力设定值为-1.5 kPa以满足生产要求，避免酸雾外溢腐蚀环境。

3.7 监火视镜在线冲洗改造

原监火视镜在线冲洗装置冲洗水取自氯化氢合成炉底部循环纯水管道，冲洗时由于视镜温差较大，极易造成观火视镜开裂。将冲洗水由循环纯水改为80℃左右合成炉锅炉水，避免了冲洗视镜温差大观火视镜开裂导致的停车更换的情况，保证了氯化氢合成炉长周期稳定运行。

3.8 氯化氢合成炉炉体扩孔改造

将氯化氢合成炉原DN100观火孔扩孔改至DN150，DCS操作人员远程通过监火视频观察合成炉内火焰颜色更加直观，保证生产安全运行。

3.9 加装氯化氢合成炉炉门切断阀

氯化氢合成炉炉门由人工手动开关改为DCS操作人员远程控制，为避免操作人员误操作，DCS系统控制炉门阀开关时增加了二次确认；安装炉门切断阀后，减少了生产现场操作人员劳动强度，避免了人工关闭炉门时可能发生火焰喷射造成人身伤害，提高了氯化氢合成炉开车作业的安全性和可靠性。

3.10 富余氢气外售

氢气自氢气分配台及一期氢气总管稳压后输送至氢气气柜，在保证满足氯化氢合成装置用氢安全的条件下，最大限度向外输送氢气外售，每小时输送约2 000 m3，管道氢气按1元/m3计算，每年可增加经济效益约1 600万元。

3.11 提高副产蒸汽利用率

氯化氢合成炉副产低压蒸汽原只用于冷冻工序溴化锂机组，由于氯化氢生产负荷较大，每年副产蒸汽放空两万余吨，造成蒸汽资源浪费，后将副产蒸汽管道铺设至一次、二次盐水工序预热盐水，提高了副产蒸汽的利用率，每年可减少生产成本约300万元。

3.12 多种浓度盐酸混配，合理使用

合成炉内冷凝酸（质量分数，38%左右）依靠合成炉压力（0.05 MPa）输送至地上盐酸储槽，盐酸地上槽输送泵由地上槽液位开关自动启停输送至合成酸储罐，酸雾吸收塔循环液（质量分数20%左右）及取样液（质量分数31%左右）全部回收至低位槽暂存，后输送至合成酸储罐缓存，混配合格后输送至电解工序氯酸钠分解槽加酸使用，解决了冷凝酸、取样液、酸雾吸收塔循环液处理问题。

4 结语

氯化氢合成生产装置，对生产原料进行科学控制；对危险程度较高的作业活动，全部采用智能化系统；对生产过程中的副产品（冷凝酸、稀盐酸、副产低压蒸汽）合理使用；对生产过程重要的工艺运行指标，采取多措施在线监测、远程监看；对生产现场盐酸（氯化氢）密闭收集处理；从而达到生产装置安全稳定、现场工作环境优美、自动化控制水平高、企业盈利能力增强的目的。通过小改小革、技术改造的成功实施，产生了良好的经济效益，对氯碱行业氯化氢合成生产有积极的影响。