李玉良

（冀中能源邢臺礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司金牛鉀堿分公司，河北邢臺054000）

鉀堿生產(chǎn)中重大危險源控制與綜合治理技術(shù)

李玉良

（冀中能源邢臺礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司金牛鉀堿分公司，河北邢臺054000）

通過對氫氧化鉀生產(chǎn)的各個工序進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的，同時實現(xiàn)了對重大危險源進(jìn)行有效監(jiān)控和事故處理的智能化指揮。

重大危險源；氯氣；安全連鎖；監(jiān)控；智能指揮

金牛鉀堿公司以氯化鉀為原料、采用離子膜電解工藝生產(chǎn)氫氧化鉀，是目前國內(nèi)最大的氫氧化鉀生產(chǎn)企業(yè)之一。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生氯氣、氫氣及其他一些危險化學(xué)品。其中，氯氣經(jīng)洗滌、干燥、壓縮、冷凍液化后，灌裝作為商品液氯出售，液氯的貯存按照危險化學(xué)品重大危險源辨識GB18218-2009規(guī)定可構(gòu)成重大危險源；氫氣屬于易燃易爆的危險氣體。

近年來，該公司對生產(chǎn)工藝、過程的安全控制等實施了一系列重大技術(shù)改造，產(chǎn)生了很好的效果，為保證安全生產(chǎn)起到了決定性的作用。

1 在鹽水精制工序除氨，消除爆炸隱患

氫氧化鉀的生產(chǎn)工藝首先是將氯化鉀溶解于水中，經(jīng)過一次鹽水處理、二次鹽水精制，將粗鹽水中的鈣、鎂等雜質(zhì)離子及有機(jī)雜質(zhì)除去，生產(chǎn)出符合電解槽要求的精鹽水。氯化鉀水溶液經(jīng)電解生成30%氫氧化鉀、氯氣和氫氣。30%氫氧化鉀進(jìn)入蒸發(fā)濃縮工序生產(chǎn)成品液堿和片堿；氯氣、氫氣進(jìn)入氯氫處理工序，氯氣經(jīng)洗滌、冷卻、干燥后再進(jìn)行壓縮、冷凍使氯氣液化，在包裝工序裝入鋼瓶或液氯槽車出售，氫氣經(jīng)洗滌冷卻后壓縮，一部分輸送到蒸發(fā)片堿工序作為氫氣燃燒爐的燃料使用，另一部分用于合成鹽酸。

原料氯化鉀本身及其在儲運過程中往往混入少量的銨鹽、氨及其他有機(jī)雜質(zhì)，有機(jī)物的存在會影響鹽水精制所使用的螯合樹脂的功能，必須靠加入氧化劑如次氯酸鉀將其氧化為小分子量的物質(zhì)，在此過程中也生成氨和銨鹽。若鹽水中的氨和銨鹽較多，則在電解反應(yīng)中產(chǎn)生三氯化氮：

在電解槽反應(yīng)中，物料溫度可達(dá)87℃以上，氣態(tài)的三氯化氮隨氯氣從陰極側(cè)排出，正常情況下，氣相中NCl3的體積分?jǐn)?shù)小于5%時不會發(fā)生爆炸，但在氯氣液化過程中，由于蒸氣壓的不同，三氯化氮容易發(fā)生富集并存于容器的底部，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%時就有爆炸的危險。

使用氯化鉀作為生產(chǎn)氫氧化鉀的原料，在用次氯酸鉀將鹽水中的有機(jī)雜質(zhì)氧化之后，生成的氨溶解、夾帶于粗鹽水中。為了除去鹽水中的氨，設(shè)計、安裝了除氨塔，塔內(nèi)裝滿了塑料填料，鹽水從氨吹除塔上部流入，下部通過離心式脫氨風(fēng)機(jī)向塔內(nèi)鼓風(fēng)，鼓風(fēng)量為3 500m3/h，鹽水中的氨就被吹出來，有效地除去了鹽水中的氨?？刂汽}水中總銨含量為30×10-6以下，滿足了電解槽對進(jìn)槽鹽水的質(zhì)量要求，也使鹽水在電解過程中產(chǎn)生的三氯化氮量大大減小，極大地提高了生產(chǎn)的安全性。

2 加強(qiáng)液氯容器中三氯化氮的分析監(jiān)控、定期排放并進(jìn)行無害化處理

氯氣液化工序的液氯分離器及液氯中間槽底部安裝有排污閥，為了防止三氯化氮在容器底部富集，每天對液氯容器進(jìn)行一次排污，每周對容器底部的排污進(jìn)行一次分析化驗，把三氯化氮質(zhì)量濃度嚴(yán)格控制在60 g/L以下。定期排污可以排出容器底部可能累積的三氯化氮，將其排到排污槽中，并用氫氧化鈉堿液中和進(jìn)行無害化處理，NCl3遇堿迅速分解，反應(yīng)式為：

這樣就避免了由于三氯化氮的富集而引起的爆炸事故。

3 在電解過程中設(shè)置安全連鎖

離子膜氫氧化鉀的生產(chǎn)過程高度自動化，采用了日本橫河電機(jī)株式會社生產(chǎn)的DCS控制系統(tǒng)。為了確保生產(chǎn)過程的安全，設(shè)置了若干緊急連鎖。

（1）氯氣透平機(jī)和電解槽整流供電之間的正反連鎖。

處于正常運行的氯壓機(jī)由于電源故障、雷擊、機(jī)械故障等多種原因可能突然停車。為了防止氯氣管道壓力突然增大而發(fā)生泄漏，保證氯氣系統(tǒng)的安全，設(shè)置的連鎖功能將立即停止整流系統(tǒng)對電解槽的供電，使電解槽停止運行，稱為正連鎖。同樣，在正常生產(chǎn)中整流系統(tǒng)也有可能因各種原因停車，此時連鎖裝置將立即切斷氯氣透平機(jī)和氫氣壓縮機(jī)的供電，氯氣透平機(jī)、氫壓機(jī)停止運行，以保護(hù)離子膜等設(shè)備的安全，成為反連鎖，之后啟動正連鎖。電解工序與氯氫處理工序的正反連鎖，對生產(chǎn)的安全運行有極其重要的作用。

（2）氯氣系統(tǒng)壓力、電解槽壓差的連鎖。當(dāng)氯氣總管壓力增大時，為了保證安全，若壓力超過設(shè)定值（例如，該公司老氯氣系統(tǒng)為70 kPa）,則電解槽連鎖停車，同時啟動尾氣風(fēng)機(jī)對氯氣進(jìn)行無害化處理；若電解槽的陽極室與陰極室的壓差超過設(shè)定值（例如，連公司老系統(tǒng)正壓差35 kPa、負(fù)壓差-5 kPa），則電解槽連鎖停車以保護(hù)離子膜不受損壞。

（3）陰極液泵、陽極液泵與電解槽的連鎖。在復(fù)極式強(qiáng)制循環(huán)電解工藝中，陰極液泵、陽極液泵任何一臺停運，電解槽都會被連鎖停車，以防止壓差過大損壞離子膜。

（4）槽電壓連鎖。為了保證電解槽的安全運行，還設(shè)置了槽電壓連鎖。若槽電壓超過設(shè)置的最高值，則報警、連鎖停車，以防止電解槽繼續(xù)運行而可能產(chǎn)生的槽框爆炸危險。

4 對非正常生產(chǎn)中的氯氣用堿液吸收進(jìn)行無害化處理

在電解槽及氯氫處理系統(tǒng)正常安全生產(chǎn)時，氯氣總管保持一定的壓力。為了防止氯氣總管壓力突然增大而出現(xiàn)安全事故，在氯氣總管上連通1根通往尾氣處理工序的管路，一旦氯氣總管壓力超過設(shè)定值，則通往尾氣處理管路上的閥門自動打開，多余的氯氣去尾氣處理工序進(jìn)入尾氣吸收填料塔的下部，氫氧化鈉水溶液從尾氣吸收塔上部往下噴淋，與氯氣在塔內(nèi)形成逆流，氯氣被氫氧化鈉水溶液吸收進(jìn)行無害化處理，反應(yīng)如下：

由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，必須及時移走反應(yīng)熱。尾氣處理采用兩級吸收塔串聯(lián)操作。當(dāng)氯氣總管壓力恢復(fù)正常時，則通往尾氣處理的自動閥關(guān)閉恢復(fù)正常生產(chǎn)。另外，當(dāng)電解槽開停車時，產(chǎn)生的氯氣因純度不高也可以進(jìn)入尾氣處理工序進(jìn)行無害化處理再排空。

5 氯氣尾氣處理工序備用EPS應(yīng)急電源

氯氣尾氣無害化處理有備用的EPS應(yīng)急電源。EPS應(yīng)急電源由互投裝置、自動充電機(jī)、逆變器及蓄電池組等組成。在交流電網(wǎng)正常時，逆變器不工作；當(dāng)交流電網(wǎng)突然停電時，互投裝置立即投切至逆變電源供電；當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，應(yīng)急電源恢復(fù)為電網(wǎng)供電，這樣就保證了在突然停電時尾氣處理工序的電器仍能繼續(xù)工作，本工序正常運行，將氯氣管道中的氯氣完全用氫氧化鈉溶液吸收進(jìn)行無害化處理，確保沒有氯氣泄漏到環(huán)境中。

6 對液氯包裝工序?qū)嵤┳詣踊溲b改造

原來液氯充裝系統(tǒng)為手動操作，每個液氯鋼瓶的充裝重量為990（±1）kg，在實際生產(chǎn)過程中，手動操作不易控制充裝量且勞動強(qiáng)度大，易發(fā)生因操作失誤導(dǎo)致的氯氣泄漏事故。將原充裝方式改為自動充裝，利用PLC自動控制技術(shù)和氣動裝置，可自動、準(zhǔn)確地控制充裝量，防止過量充裝，從而保證了準(zhǔn)確、安全的液氯充裝，同時大大方便了液氯鋼瓶的檢驗，也有利于鋼瓶的檔案管理，從根本上消除了人為操作事故。

7 氫氣燃燒爐采取點爐及運行自動化連鎖保護(hù)

（1）燃燒爐點火及運行均靠PLC自動控制，控制系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)空氣和氫氣的配比，保證燃燒爐安全運行。當(dāng)氫氣壓力或助燃空氣壓力分別低于其設(shè)定值時，系統(tǒng)能夠自動報警，控制程序?qū)㈥P(guān)閉氫氣自動閥及助燃空氣自動閥，停止向爐內(nèi)供氣，燃燒爐火焰熄滅以保證燃燒爐的安全。故障排除之后才可以重新點爐，使燃燒爐重新在正常狀態(tài)下運行。

（2）燃燒爐上裝有紫外光火焰探測器。當(dāng)燃燒爐異常停止運行導(dǎo)致火焰熄滅時，探測器因探測不到紫外光而報警，PLC自控系統(tǒng)將自動切斷氫氣閥門、助燃空氣閥門，停止向爐內(nèi)供氣，保證燃燒爐的安全。

8 建立重大危險源監(jiān)控及事故處理智能指揮系統(tǒng)

本系統(tǒng)是以氯氣等危險化學(xué)品的安全監(jiān)控和事故智能化處理為目的，將工藝、安全、多媒體、自動控制等多方面先進(jìn)技術(shù)整合而形成的綜合監(jiān)控指揮系統(tǒng)。

通過建立廠區(qū)的三維場景模型和電子地圖，可以監(jiān)視全廠各個工序的安全生產(chǎn)情況?，F(xiàn)場安裝有危險氣體報警儀，當(dāng)氯氣或氫氣的泄漏達(dá)到報警值時，報警信號就通過DCS系統(tǒng)傳輸?shù)街骺囟嗝襟w計算機(jī)上，可以在電子地圖上看到相應(yīng)的工序有報警燈光閃爍，還可以以聲音信號的形式提醒。這種監(jiān)控可實現(xiàn)對整個生產(chǎn)廠區(qū)的無縫隙覆蓋，及時告知危險氣體泄漏的具體地點。

該系統(tǒng)成功地整合了金牛鉀堿公司的“事故處理應(yīng)急預(yù)案”。對每一個DCS輸入點，在系統(tǒng)軟件的管理員界面中進(jìn)行設(shè)置DCS監(jiān)測點的名稱及所屬預(yù)案。這樣，當(dāng)某一路DCS輸入報警時，系統(tǒng)會自動切換至此路信號所對應(yīng)的預(yù)案，同時模型上對應(yīng)的報警位置所在地點的燈光會閃爍，以多種信號形式顯示處理步驟及逃生路線，極大地提高了事故的判斷速度及處理能力。平時，在觸摸屏上還可方便地調(diào)出各事故性質(zhì)應(yīng)急預(yù)案、實時監(jiān)控圖像和歷史記錄。

通過自動控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。例如，當(dāng)氯氣儲罐發(fā)生泄漏時，氯氣儲罐室采用卷簾門自動關(guān)閉系統(tǒng)，堿液自動噴淋系統(tǒng)，氯氣泄漏自動報警系統(tǒng)。所有這些可以通過遠(yuǎn)程操作避免操作人員直接進(jìn)入危險區(qū)域，避免了對人的傷害，還能及時發(fā)現(xiàn)和處理事故隱患。

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