許曉琳

(山西陽煤化工工程有限公司，山西 太原 030021)

依據《重點監(jiān)管的危險化工工藝目錄》(2013年完整版)和《重點監(jiān)管的危險化學品名錄》(2013年完整版)，電解工藝屬于重點監(jiān)管的危險化工工藝，電解工藝中電解生成的氫氣和氯氣均為重點監(jiān)管的危險化學品。表1中幾個事故案例的技術有相似之處，足以引以為戒。

表1 電解工藝安全事故

1 離子膜燒堿裝置工藝選擇

以食鹽為原料的電解制燒堿的方法有水銀法、隔膜法和離子膜法。

水銀法電解法生產的燒堿質量好，但能耗高，對環(huán)境污染嚴重，無法滿足日益嚴格的環(huán)保要求，因此工藝已被淘汰。

隔膜法電解，出電解槽堿液的濃度低，且含有大量氯化鈉，不能直接作成品，必須經過蒸發(fā)、濃縮、除鹽后才能作為成品銷售。同時，隔膜法燒堿只能用于部分行業(yè)，不宜用于需高純燒堿的行業(yè)，而且，在三種制堿方法中其能耗最高。此法中的石墨陽極工藝已被淘汰。

離子膜燒堿法是當今世界最新的制堿技術，此法出電解槽的堿液濃度高、含鹽量低、質量優(yōu)，能耗少，無汞害、無鉛和瀝青及石棉絨污染，投資省，是氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。本次設計選用離子膜法電解工藝技術，出電解槽氫氣純度(體積分數)≥99%；氯氣純度≥98.5%。

2 離子膜燒堿裝置實踐應用中的安全分析

2.1 電解工藝簡述

電解工藝系采用以精制鹽水和純水為原料，通入直流電進行電解的工藝。

陽極液系統(tǒng)流程：

精制鹽水經加鹽酸調節(jié)pH值后，由泵經鹽水加熱器加熱后，通過每臺電解槽的分配器進料，進而被分配到每個陽極單元并在其中分解成氯離子(Cl-)和 鈉離子(Na+)，通入直流電后，Cl-在陽極放電生成氯氣，Na+穿過離子膜進入陰極室與OH-結合生成NaOH。從每個陽極室生成的淡鹽水和濕氯氣的兩相流體以溢流方式進入電解槽的集液分配器，并在其中將淡鹽水和濕氯氣分離，由分配器出來的淡鹽水依靠重力自流進陽極液受槽，陽極液受槽中的一部分淡鹽水由液位控制器控制被泵打入脫氯工序，經氯酸鹽分解和脫氯后重新飽和。部分淡鹽水與精制鹽水混合后流回電解槽陽極室進行電解。分離的濕氯氣通過支管和總管被送往氯氣處理工序。純水進入離子膜電解槽的陰極室。

陰極液系統(tǒng)流程：

純水和循環(huán)堿經過燒堿換熱器后進入每臺離子膜電解槽分配器，而后被分配流進每個陰極單元，并在其中將 H2O分解為OH-離子和H+離子，OH-離子與從陽極室穿過離子膜進入的Na+離子結合生成NaOH，H+離子在陰極放電生成氫氣。從每個陰極室中產生的燒堿溶液和氫氣的兩相流體以溢流方式進入電解槽的集液分配器并在其中將燒堿溶液和氫氣分離。由分配器出來的燒堿溶液流經支管和總管，依靠重力自流進堿液循環(huán)槽，燒堿溶液在離開堿液循環(huán)槽后可分為兩部分：一部分作為商品堿液銷售；另一部分則作為循環(huán)堿加入純水后回流至電解槽陰極室。氫氣經洗滌、冷卻除水后，可作為產品銷售。

2.2 危險源及危險和有害因素分析

電解工藝過程中可能導致產生泄漏、爆炸、火災、中毒事故的危險源。

2.2.1 泄露

電解裝置的泄漏主要為故障泄露和運行泄露。其中，故障泄漏主要包括，儲罐、反應槽、反應器、管線、閥門、法蘭等破損及泄漏；罐、槽、器、管、閥、表等連接處泄露，泵破裂或轉動設備密封處泄漏；由自然災害(如雷擊、地震)造成設備破裂泄漏等。

運行泄露主要包括，超溫、超壓造成破裂、泄漏；安全閥、防爆膜等安全附件失靈或損壞；進出料配備、料量、速度不當造成反應失控導致容器、管道等破裂、泄漏等。

2.2.2 火災、爆炸危險性分析

氫氣的爆炸極限為4%～74.2%，一旦發(fā)生泄漏極易引起火災、爆炸事故；氯氣雖為不燃物，但為助燃物，具有強氧化性，遇到可燃物時，一旦有火源就會發(fā)生火災、爆炸事故。

生產設備、儲罐、泵、物料管線、連接法蘭及其相關設施由于腐蝕、法蘭未緊固等原因，可能導致物料泄漏。其物料蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸；安全設施失效、超溫、超壓等引發(fā)的火災、爆炸。

駕駛員、押運員無證上崗，車輛未按規(guī)定路線行駛，在人口稠密區(qū)違規(guī)停留，而可能引起火災、爆炸事故；危險化學品罐車在鐵路運輸過程中發(fā)生意外事故而導致火災等事故。

包裝及容器損壞或不符合要求產生物料泄漏；產品受潮變質；與性質相抵觸的物品混運；靜電或電氣火花、明火、高熱可引發(fā)火災、爆炸事故。

檢修過程中，違章作業(yè)也可能引起火災、爆炸事故。

2.2.3 可能出現(xiàn)中毒事故的危險、有害因素

在貯存、裝卸和運輸過程中如果有泄漏發(fā)生，或者作業(yè)人員沒有采取很有效的個人防護措施，從而接觸有毒物料就會發(fā)生中毒事故。

2.3 主要危險因素存在場所

電解裝置中存在的主要危險情況見表2。

表2 電解裝置存在主要危險因素

2.4 安全措施

2.4.1 防火防爆措施

設備、管道的壓力等級設計、選取、安裝、試壓等均需嚴格執(zhí)行國家、行業(yè)標準及規(guī)范要求。

全密閉的生產和儲運系統(tǒng)是最有效的防火、防爆措施之一。從原料的輸入、加工、直至產品的輸出，所有可燃、易燃易爆物料始終密閉在各類設備和管道中，各個連接處采用可靠的密封措施。

嚴格管理和杜絕明火是防火、防爆的重要措施之一。

處理含烴、有毒及有害物料的安全閥均需設計副線，裝置吹掃氣體通過副線密閉送入放空管網；檢修時產生的污油、污水通過密閉管線回收，集中處理；可燃氣體放空管道內的凝結液密閉回收，不隨地排放，盡量消除火災隱患。對生產過程中關鍵設備、關鍵參數設計壓力調節(jié)閥、緊急放空閥和安全閥，避免因系統(tǒng)超溫超壓而引發(fā)火災爆炸事故。

主體設備、管線大部分露天布置，如發(fā)生泄漏有利于可燃氣體的擴散。

施工時確保施工質量，開工前做壓力實驗，確保設備、管線密封完好。

2.4.2 防毒措施

為防止離子膜電解在事故狀態(tài)下發(fā)生氯氣泄漏，設置事故氯處理裝置，且并入SIS系統(tǒng)；在液氯工序設置事故處理池，在液氯貯槽間及液氯包裝點設置真空抽吸系統(tǒng)；在裝置及設施設可燃(有毒)氣體濃度檢測報警系統(tǒng)，與通風系統(tǒng)聯(lián)鎖；操作人員配備防毒面罩，重點有毒有害崗位配備氧氣呼吸器。

3 結論及建議

離子膜電解工藝成熟，但所涉及的原料和產品屬于易燃、易爆、有毒物質，有較大危險性。裝置內存在的主要有害因素有火災、爆炸、毒性等。需要充分考慮這些因素，從設備選型、系統(tǒng)控制、設備布置、消防安全等方面作比較全面的防范，對可能出現(xiàn)的事故采取相應的處理措施。

生產過程中儲罐充裝量不得超過總裝量的85%，并且需要定期對充裝好的液氯鋼瓶進行抽樣，檢測三氯化氮含量，防止三氯化氮超標爆炸。

氯氣屬于劇毒化學品，其儲存、運輸、使用等各環(huán)節(jié)一定要有專人看管，負責監(jiān)督。在操作過程中，配帶相應的防護設備。應當制定生產安全事故應急救援預案，編制液氯貯槽泄漏的應急預案，建立應急救援隊伍，定期進行應急救援預案的演練。

化工建設項目需要嚴格執(zhí)行國家、地方、行業(yè)及企業(yè)制定的各項有關安全設施的法律、法規(guī)和標準、規(guī)范，做到安全設施與主體工程同時設計、同時施工、同時投入生產和使用。對生產中易燃、易爆、有毒、有害物質設置必要的防范措施，并實施有效控制，采用先進的生產技術、設備和控制手段，防止事故的發(fā)生，使建設項目達到較高的安全水平。