乙炔清净次钠多级配制系统安全升级改造分析

梁爱华

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山063305）

唐山三友氯碱有限责任公司（以下简称“氯碱公司”）现有烧碱产能53万t/a，PVC产能43.5万t/a、专用树脂产能7万t/a。氯碱公司现采用电石法制备乙炔气工艺，该工艺在行业中应用广泛，技术成熟可靠，但根据十几年的运行经验和效果分析，依然存在影响安全生产和经济运行的不利因素。近年来，氯碱行业各层次技术管理人员致力于探究乙炔气工艺系统的节能、安全、环保方面设备升级和技术改造，不断提升乙炔气生产的安全等级和经济效益，为氯碱行业的绿色安全可持续发展提供有力支撑。

1 背景分析

现有氯乙烯制备工艺系统中，乙炔气与烧碱系统产生的氯化氢在含汞触媒的转化器中转化为氯乙烯。其中，乙炔气是通过原料电石在发生器中遇水产生的，同时，发生器产生的粗乙炔气中夹杂硫化氢和磷化氢，此类杂质气体一方面会使含汞触媒中毒，产生不可逆的吸附，破坏其活化性能，大大降低氯乙烯的转化效率，不利于生产系统的经济运行；另一方面，磷化氢（特别是P2H4）自燃点低，夹杂在乙炔气中易造成安全事故，不利于生产系统的安全运行。故粗乙炔气需要通过清净系统，利用次氯酸钠的强氧化性，对杂质气硫化氢、磷化氢进行氧化反应，生成高价态酸根的形式，进而从粗乙炔气中彻底除去。

乙炔清净工序的次氯酸钠配制浓度会直接影响清净效果及安全性能，通常用有效氯来表征次氯酸钠的配制指标，有效氯应控制在0.085%～0.120%，pH值在7.0～8.0。有效氯含量若超0.150%，则会释放游离氯，与乙炔接触反应剧烈引起爆炸，直接危害生产安全运行。近年，为了解决废次氯酸钠水回收乙炔气并回用废水问题，氯碱公司对乙炔清净次氯酸钠的配制系统进行了优化和改造，参照行业做法，通过回收废次氯酸钠中的乙炔气，并进一步处理后将大部分（85%）废次钠水安全回用于次氯酸钠配制，即由原来的浓次氯酸钠与水直接混合的一级配制，改造为浓次氯酸钠与水配成1%，再由1%稀释次钠与脱除乙炔后的废次钠混合而成的多级配制，降低了原料电石消耗，同时节约了用水成本。下面将从工艺安全角度进行阐述，分析乙炔清净次氯酸钠多级配制工艺的安全性能，探索出进一步提高装置安全稳定运行的可靠措施，并进行改造。

2 次钠多级配制工艺流程及系统分析

2.1 一级配制流程

次钠配置水罐中的生产水由提升泵经双流量计和调节阀送至一级文丘里反应器的注水口，同时浓次氯酸钠在储罐中由浓次钠泵经双流量计和调节阀送至一级文丘里反应器的加料口，经过流量比串级控制，生产水和浓次氯酸钠在反应器中配制成1%次氯酸钠溶液，随后进入1%次钠储槽。

2.2 二级配制流程

1%次氯酸钠在储槽中经提升泵经双流量计和调节阀送至二级文丘里反应器的加料口，同时，清净废次钠经负压闪蒸除去乙炔气后，再经冷却系统加压后经双流量计和调节阀送至二级文丘里反应器的注水口，经过流量比串级控制，废次钠和1%浓次氯酸钠在反应器中配制成0.085%～0.120%的稀次钠溶液，然后自流至次钠储槽。次氯酸钠多级配制流程简图见图1。

图1 次氯酸钠多级配制流程简图

2.3 工艺系统分析

次氯酸钠一级配制流程中，如2FV-1301控制回路故障，阀门全开，则会造成浓次钠泵上料过多，直接影响二级次氯酸钠配制的浓度。现有流程中已经设置流量计的声光报警系统，但依然会造成进清净系统的稀次氯酸钠浓度超标，严重时，过量游离氯与乙炔气混合有造成爆炸和人员伤亡的风险；同时，次氯酸钠二级配制流程中，如废次钠2FV-1305控制回路故障，阀门误关闭，也会使1%次钠直接进入次钠储槽，清净次钠指标异常，造成过量游离氯与乙炔混合造成爆炸和人员伤亡风险。虽然双流量计控制均有流量高报警，但考虑到操作人员处理不及时等不可控因素，安全和不稳定风险依然不可消除。所以，对乙炔清净次氯酸钠多级配制的工艺流程及控制进行合理的分析和优化迫在眉睫。

3 工艺流程及控制系统优化

为消除乙炔清净次氯酸钠多级配制的工艺流程及控制中的风险因素，氯碱公司技术团队协同资质单位，通过危险与可操作性及保护层分析，对整个次氯酸钠多级配制系统进行3个节点的划分，即废次钠供料、次钠一级配制和次钠二级配制，分析每个工艺单元和操作步骤中，因工艺设计的偏差所造成的危险和可操作性问题，并对可直接测量的工艺参数，如温度、压力、流量、液位、浓度等，定性识别出危害等级，提出并分析确定有足够保护层的防止措施和减缓措施。

防止措施是防止一个或多个事故点的发生，如指示、报警、自动调节、联锁、操作规程等；减缓措施作用是减小事故点造成后果的严重程度。技术团队本着从工艺本质安全的角度进行深入分析，确定进一步提高装置本质安全水平的措施，使整个次氯酸钠多级配制系统的安全风险程度降到较低水平。

综合分析2.3中的工艺流程和安全风险，总结提出了一系列消减爆炸和人员伤亡的风险防控措施。即一级配制中，增加浓次钠流量计二选二高高报警，DCS联锁停次钠配制水泵和浓次钠泵的联锁措施。二级配制中，1%次氯酸钠泵出口新增切断阀，1%次氯酸钠双流量计二选二高高或低低报警，DCS联锁关闭1%次氯酸钠新增切断阀，多级配制切断系统优化简图见图2；同时，为降低配制系统安全等级至较低水平，增加废次钠管线DCS和SIS应急补水系统，多级配制应急补水系统优化简图见图3。此外，应急水管网补水切断阀在SIS中加设紧急停车按钮，紧急状况下操作人员应急响应，也作为应急措施的一部分。

图2 多级配制切断系统优化简图

图3 多级配制应急补水系统优化简图

应急补水分为DCS系统稳定和SIS安全2种模式，一是为维持生产稳定运行的生产水管网补水，即在废次钠泵出现故障无法提供二级配制的稀释水时，由生产水管网直接联锁打开补水切断阀，及时供应稀释用水，降低次钠储槽浓度超标的风险；二是为进一步阻止运行事故状态下安全风险的扩大，在应急水管网（消防用水）中增加SIL2等级切断阀，与废次钠管线所在压力形成控制回路，回路安全等级为SIL2，可在稀释水系统和生产水管网均为故障状态下，阻止游离氯含量超标的次钠进入乙炔清净系统，避免爆炸等安全事故的发生。

其中，SIS补水联锁系统在试运行期间出现SIL2等级的压力表显示为低值，即接近于零或负值，造成SIS补水联锁系统无法顺利投用。经过氯碱公司专业技术分析得出，因文丘里设备的特殊性，压力表安装位置与设备较近，后期将择机将SIL2等级压力表改造为SIL2等级流量计，再与补水阀进行联锁，可直接解决此项问题。

4 综合效益及结语

通过危险与可操作性分析，对次氯酸钠多级配制系统进行风险识别后，消除了因设计缺陷或仪表故障等因素造成的风险。通过乙炔清净次氯酸钠多级配制系统工艺和控制优化，提高工艺系统安全等级和本质安全水平，一定程度上为乙炔清净系统的安全稳定运行提供坚实保障。乙炔清净为事故多发工序，在追寻经济效益的同时，应更加关注其系统的安全性能，深入挖掘分析不利于安全生产的风险因素，通过对工艺及控制系统进行优化改进，切实推进企业和氯碱行业健康发展。