唐 婷

（廣西柳化氯堿有限公司，廣西柳州545600）

離子膜電解系統(tǒng)在濃縮、脫鹽、凈化以及電化合成方面具有極高的技術優(yōu)勢，被廣泛地應用于放射性廢水處理、工業(yè)用水制備、電鍍廢液回收等領域，特別是在氯堿工業(yè)中的應用效果最為顯著。但傳統(tǒng)的氯氫處理的壓力調節(jié)遠遠不能滿足離子膜電解系統(tǒng)的正常運行要求。手動調節(jié)操作容易導致氯氫壓力大幅波動，無法保證離子膜電解槽壓力壓差，會極大地影響離子膜燒堿的安全性和平穩(wěn)性。以2萬t/a燒堿能力系統(tǒng)改造為例進行論述。

1 氯氣系統(tǒng)自動控制優(yōu)化

原氯氣處理工藝流程示意圖見圖1。

1.1 原氯氫系統(tǒng)存在的問題

圖1 原氯氣處理工藝流程示意圖

（1）離子膜電解槽的安全規(guī)范將總管壓力控制在 0～3 kPa，氯氣、氫氣總管壓差控制在 4.8～5.2 kPa。原工藝采用回流一定氯氣的辦法調解電解槽氯氣壓力，對回流閥門的手動操作頻繁、缺乏及時性和穩(wěn)定性，會造成電解氯、氫壓力頻繁發(fā)生波動，導致壓差不穩(wěn)，很容易達到或超過電解槽氯氫總管的壓力限值而造成運行停止。

（2）氯氣泵在實際生產(chǎn)過程中容易因低壓配電故障而突然跳車，這種氯氣泵緊急跳停現(xiàn)象往往伴有對系統(tǒng)的嚴重倒壓，對電解槽離子膜損害極大。

（3）外電網(wǎng)閃爍會造成電解整流器的緊急跳閘，電解系統(tǒng)氯氫總管自控閥會緊急停車，氯氫泵抽空力大增，若不及時打開對空閥，容易導致氯氫泄漏，發(fā)生人員中毒事故。

1.2 氫氣系統(tǒng)優(yōu)化

（1）進行氯氣回流閥的自動調節(jié)改造。在氯氣分配臺增加氯氣回流自控調節(jié)閥，并根據(jù)運行需要進行閥門優(yōu)化。例如將自控閥DN80升級為自控回流閥DN32。在原系統(tǒng)中，氯氣后系統(tǒng)輸送壓力大于0.11 MPa，而電解系統(tǒng)氯氣總管壓力不能超過3 kPa，這就導致前后壓力相差較大。使用原有的自控閥時即便閥門開度很小，也會出現(xiàn)系統(tǒng)壓力明顯升高的問題。特別是在氯氣溫度較高的條件下，回流閥門只能維持在不足5%的極小范圍內，這就導致氯氣干燥系統(tǒng)無法完成泵酸的換酸操作，必須增加一道降電流操作才能進行換泵酸操作，效率大為降低。但在閥門進行優(yōu)化后，運行實踐表明，在18 kA的電流運行條件下，氯氣泵的前進口閥開度能達到80%左右，回流閥開度可達到30%～40%，能實現(xiàn)穩(wěn)定的回流調節(jié)，可正常進行換酸，并保證系統(tǒng)壓力的平穩(wěn)。

（2）設置雙向聯(lián)鎖，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。氯氣泵緊急跳閘或電解整流器緊急跳閘會對生產(chǎn)造成極為不利的影響。因此，對氯氣以及整流器工藝安全進行優(yōu)化改造是十分必要的。常見的雙向聯(lián)鎖優(yōu)化措施為：a.增加雙向聯(lián)鎖，氯氣泵停，聯(lián)鎖整流器停，全線聯(lián)鎖停車措施；b.增加整流器或電解槽裝置工藝停車、聯(lián)鎖氯氣泵停。通過上述聯(lián)鎖工藝優(yōu)化后，可以實現(xiàn)緊急停車狀態(tài)下電解氯氣、電解氫氣壓力與壓差的平穩(wěn)波動。生產(chǎn)運行實踐證明，其對電解裝置的保護作用是十分突出的，可有效減少氯氣泄漏造成的不安全事故。

（3）在氯氣泵后增加自動切斷閥。自動切斷閥可以在氯氣泵緊急停車后實現(xiàn)聯(lián)鎖關閉，從而有效防止后系統(tǒng)倒壓，避免電解系統(tǒng)反向壓差的產(chǎn)生。

（4）在氯氣分配臺出口增加事故氯氣排放管線和閥門。該項措施可以在發(fā)生事故或者緊急停車后，將氯氣泵后續(xù)管線、設備內的氯氣引導至事故氯氣吸收裝置中，從而防止氯氣系統(tǒng)發(fā)生憋壓以及氯氣泄漏事故等。

（5）適配DCS遠程控制軟件。利用DCS遠程控制軟件實現(xiàn)氯氣泵的啟動控制，可以減少現(xiàn)場人工操作的工作量，并消除不安全風險因素。

2 氫氣系統(tǒng)優(yōu)化

原工藝系統(tǒng)運行過程中，電解出來的高溫濕氫氣在經(jīng)過洗滌后會先后進入氫氣泵、水霧捕集器及緩沖罐。其中一部分經(jīng)過阻火器進入合成工序，另一部分會進入洗滌塔氫氣總管保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

2.1 原氫氣系統(tǒng)存在的問題

（1）氫氣使用SZ-3型水循環(huán)式泵進行輸送，輸送壓力過低，僅能達到0.02 MPa，和點火自控合成氫氣壓力要求的0.30～0.05 MPa相差甚遠。

（2）采用氫氣水封調節(jié)壓力的氫氣處理系統(tǒng)不能滿足離子膜壓力調節(jié)要求。

（3）鹽酸合成系統(tǒng)具有較多隱患，例如系統(tǒng)緊急停車，操作不當導致的氫氣系統(tǒng)憋壓，超出安全水封導致的瞬間泄壓，出現(xiàn)電解大正壓或者大負壓極端情況。

2.2 氫氣系統(tǒng)自動化改造措施

（1）升級氫氣泵。該系統(tǒng)將原有的SZ-3型氫氣泵升級為2BE1-252型水環(huán)式真空泵。從而可以保證輸送壓力達到30～50 kPa，同時配合變頻方式控制氫氣泵的開啟以及實現(xiàn)氫氣輸送壓力的轉速調節(jié)[1]，從而保證氫氣輸送壓力的平穩(wěn)，增強生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，同時減輕崗位勞動強度。

（2）在氫氣泵后增加自動切斷閥，實現(xiàn)與氫氣泵的聯(lián)鎖。氫氣泵緊急跳停，則切斷閥實現(xiàn)自動關閉，從而防止氫氣泵跳車、氫氣倒壓問題。增加整流器跳停以及氫氣泵聯(lián)鎖工藝安全裝置；增加氯氣泵、氫氣泵及整流器跳閘，合成爐緊急聯(lián)鎖急停等措施，以此保證氫氣系統(tǒng)的安全運行。

（3）架設自控調節(jié)閥。該系統(tǒng)在氫氣分配總管中增設了ND32氫氣回流自控調節(jié)閥，型號為PICV1705，從人工操作升級為自動化，減少了操作可能存在的失誤和安全隱患，從而可以穩(wěn)定電解系統(tǒng)的氯氫壓力和壓差。

（4）加設氫氣緊急排放閥。與上文氯氣改造措施一般，在氫氣系統(tǒng)內增加緊急排放閥PICV1707，可以在合成爐緊急滅爐，氫氣系統(tǒng)出現(xiàn)憋壓時，通過調節(jié)該閥門的開度，排放適量氫氣的方式，穩(wěn)定電解系統(tǒng)運行和氫氣系統(tǒng)壓力。

3 改造后的工藝運行注意事項

氯氫系統(tǒng)改造后，電解系統(tǒng)氯氫壓力、壓差問題得到顯著改善，且操作方便，安全系數(shù)高。但同時也并不能完全排除安全隱患，需要注意以下操作注意事項。

3.1 倒氯氣泵

（1）禁止摘除運行中的氯氣泵出口切斷閥以及氯氣回流調節(jié)閥，以保證倒用氯氣泵時氯氣總管壓力的穩(wěn)定。

（2）由DCS遠程控制人員與現(xiàn)場人員配合完成倒用氯氣泵作業(yè)。DCS操作人員負責打開氯氣泵出口自動切斷閥，在現(xiàn)場人員確認后，再打開氯氣自動切斷閥前后的手動閥，最后送電開啟氯氣泵。

（3）確保現(xiàn)場操作時，替換泵與運行泵開閥與關閥幅度一致[2]，確保DCS遠程控制人員全程使用PICV1703回流閥調節(jié)氯氣總管壓力，保持壓力穩(wěn)定。

（4）完成倒泵作業(yè)后，開啟運行泵聯(lián)鎖，解除停用氯氣泵聯(lián)鎖。

3.2 倒氫氣泵

（1）倒氫氣泵操作雷同倒氯氣泵操作，禁止摘除運行中的氫氣泵出口切斷閥以及氫氣回流調節(jié)閥聯(lián)鎖。

（2）現(xiàn)場操作人員在打開倒用氫氣泵出口閥時，要盡量平緩小心，防止倒壓。DCS操作人員在打開倒用氫氣泵自動切斷閥后，要立即啟動倒用變頻氫氣泵，由現(xiàn)場人員進行確認。

（3）根據(jù)氫氣壓力逐漸提升倒用泵變頻。倒用泵變頻達到15～18 Hz時，放慢提升速度，同時緩慢降低運轉泵變頻。當?shù)褂帽米冾l穩(wěn)定運行后，停用氫氣泵保證頻率為0時，現(xiàn)場操作人員迅速關閉氫氣泵出口閥，DCS操作人員立即關閉停用泵的出口自動切斷閥，由現(xiàn)場人員確認是否關閉到位，并告知DCS操作人員及調度人員。

（4）在調節(jié)變頻期間，要始終保持對氫氣回流閥的調節(jié)操作，確保氫氣壓力的穩(wěn)定。

4 結語

離子膜電解槽的推廣應用推動了中國氯堿工業(yè)的發(fā)展。自動化控制對于生產(chǎn)安全以及減少人力成本的作用越發(fā)凸顯出來。氯氫處理工藝自動化的改造進程需要與時俱進，順應科技進步以及行業(yè)安全穩(wěn)定發(fā)展的需要，因此需要相關人員不斷積累生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，提升改造和操作技能。