含自動點火的全自控鹽酸合成裝置

吳春森

（南通鑫寶石墨設(shè)備有限公司，江蘇 南通226011）

樂金渤海化學(xué)有限公司25 萬t/a離子膜燒堿裝置于2006 年運(yùn)行，其配套的高純鹽酸裝置由南通鑫寶石墨設(shè)備有限公司模塊化成套供應(yīng)。該裝置產(chǎn)能為5 萬t/a 高純鹽酸，主體設(shè)備為1 臺下點火三合一石墨合成爐及1 臺尾氣塔，無備用設(shè)備，于2006年5月投產(chǎn)至今運(yùn)行穩(wěn)定。 該裝置采用全自控操作系統(tǒng)，現(xiàn)場無人化操作。

1 安全

氯化氫及鹽酸合成裝置生產(chǎn)所需的原料為氫氣和氯氣，由于氫氣與空氣中的氧氣爆燃范圍寬廣，故國家制定對于氫氣的防爆規(guī)范為ⅡC，溫度組別為T4，即生產(chǎn)裝置的界區(qū)外15 m 之內(nèi)不可動明火；氯氣只要在每立方米空氣中存有0.3 g 就會對人員造成致命傷害；而氯化氫和成品鹽酸又是強(qiáng)腐蝕劑。所以氯化氫及鹽酸合成系統(tǒng)在生產(chǎn)中的安全和穩(wěn)定是本裝置最重要的問題。本系統(tǒng)目前的安全措施有以下幾點。

（1）根據(jù)國家制定的安全生產(chǎn)法規(guī)要求。氫氣設(shè)備、管線和裝置15 m 內(nèi)禁止動火。目前，國內(nèi)氯化氫及鹽酸合成裝置較多采用的合成爐外點火是不符合國家安全生產(chǎn)規(guī)定的，存在著極大的安全隱患。本裝置采用了德國進(jìn)口，符合氫氣防爆規(guī)范的自動點火裝置（歐盟航天局航空火箭氫氣點火器），在合成爐內(nèi)自動程序點火，自開車至今已無故障運(yùn)行8 年；

（2）開車前的系統(tǒng)吹掃。由于氫氣的爆燃范圍極大，開車前裝置內(nèi)部的可燃可爆介質(zhì)必須清除。因此針對此系統(tǒng)特點制定的程序邏輯，用降壓后的氮氣（阻燃阻爆氣體）分別從氫氣管線和氯氣管線對整個系統(tǒng)進(jìn)行全面吹掃，消除點火開車時系統(tǒng)內(nèi)部的安全隱患；

（3）停車時氫氣、氯氣管線安全閥門的聯(lián)動與系統(tǒng)內(nèi)部氣體的置換。不管是生產(chǎn)停車還是緊急停車，為了保障安全，必須在最短的時間內(nèi)（5 s）關(guān)閉氫氣和氯氣閥門，切斷危險源。在DCS 控制室和裝置現(xiàn)場，本裝置都設(shè)計了一個緊急停車按鈕，以利于人工停車，同時由火焰檢測器控制自動停車，這樣的設(shè)置既有靈活性又有可靠性。停火聯(lián)動由預(yù)設(shè)的停爐程序自動執(zhí)行：關(guān)閉氫氣和氯氣安全閥、同時打開氮氣閥，將系統(tǒng)內(nèi)部的殘余混合氣體徹底趕出裝置，保證停車安全；

（4）生產(chǎn)運(yùn)行時的系統(tǒng)監(jiān)測和聯(lián)動。正常生產(chǎn)時火焰的監(jiān)測對于氯化氫及鹽酸生產(chǎn)來說至關(guān)重要，裝置上采用美國Honeywell 防爆型火焰檢測器實時監(jiān)測火焰燃燒，并與控制連鎖聯(lián)動，保障氯化氫及鹽酸裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定和系統(tǒng)的安全。同時，在裝置上設(shè)置高倍高清晰的攝像儀，由操作人員控制云臺，便于仔細(xì)觀察火焰燃燒狀態(tài)，及時作出準(zhǔn)確判斷。

2 生產(chǎn)控制

（1）氯、氫自動配比。本裝置設(shè)計時，希望通過氯氣和氫氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，檢測控制氯、氫投入量，并通過自動配比，在過氫量5%的狀況下，使生產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)定，并保證高純酸中游離氯的含量小于5×10-6。但由于本裝置原料氣中含水量較高，輸送壓力較低，因此配比時加大了過氫量，使氯氫比達(dá)到了1∶1.1。原料氣氯氣、氫氣規(guī)格如下。

氯氣（摩爾比）：Cl297.51%；

H20.03%；

O20.89%；

CO20.13%；

N20.07%；

H2O 1.37%；

氯氣壓力：0.22 kg/cm2G，溫度：15 ℃；

氫氣（摩爾比）：H289.94%；

H2O 10.06%；

氫氣壓力：0.2 kg/cm2G，溫度：50 ℃。

（2）吸收系統(tǒng)。 由吸收水流量控制系統(tǒng)，根據(jù)DKK 濃度檢測儀的濃度檢測來控制吸收水的流量，使裝置生產(chǎn)出的鹽酸符合成品酸的質(zhì)量要求和產(chǎn)量要求。在過氫量10%的狀況下，實際產(chǎn)出高純酸規(guī)格如下：

氯化氫：32%（wt）；Fe：≯0.4×10-6（wt）；Ca2+：≯1×10-6（wt）；Mg2+：≯0.04×10-6（wt）；游離氯：≯5×10-6（wt）；顏色：無色、透明。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量與主體設(shè)備之間關(guān)系。本裝置主體設(shè)備采用下點火式三合一石墨合成爐，其燃燒器位于合成爐底部，就運(yùn)行的經(jīng)驗來看，其擁有以下幾個優(yōu)點。

a.安全。燃燒器位于塔底，防爆膜安裝在塔頂，這樣萬一壓力過高，防爆膜爆裂，氣體只在塔頂放空，遠(yuǎn)離操作人員工作的地方，同時，也避免了鹽酸四處飛濺；充氮排氣也是從塔底到塔頂，這樣一旦裝置停車或點火失敗，可爆未燃的原料氣體混合物就被徹底排除；

b.提高產(chǎn)品酸質(zhì)量。垂直向上的燃燒通道，使燃燒爐內(nèi)產(chǎn)生的廢酸與產(chǎn)品酸分開排放，避免原料氣中的雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品酸中；正壓生產(chǎn)使燃燒的火焰更集中，原料氣混合均勻，燃燒更徹底，降低產(chǎn)品酸中游離氯的含量；

c.操作方便。燃燒器及所有原料氣體管道，控制和安全系統(tǒng)皆安裝布置在塔底。使得操作人員極易在地面上安全地控制、巡視和操作。

3 運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

（1）本裝置氯、氫原料氣輸送壓力為0.02 MPa左右，同時水分含量較高。因此一旦原料氣壓力有波動，氯、氫配比調(diào)節(jié)會發(fā)生偏差。需DCS 操作人員根據(jù)實際數(shù)據(jù)對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；

（2）本公司僅有1 套鹽酸合成系統(tǒng)，無備用爐，運(yùn)行一直安全穩(wěn)定。為保證高純酸的生產(chǎn)，需常備合成爐燃燒器燈頭及合成爐接管與相應(yīng)配套墊片。

4 結(jié)語

樂金渤?；瘜W(xué)有限公司含自動點火的全自控鹽酸合成系統(tǒng)在國內(nèi)首先實現(xiàn)了現(xiàn)場無人化操作，在無備用合成爐的情況下，已安全持續(xù)生產(chǎn)8 年，至今運(yùn)行良好，符合設(shè)計預(yù)期，已達(dá)到國際先進(jìn)水平，在LG 化學(xué)內(nèi)深受好評。2013 年2 月，為韓國麗水LG 化學(xué)公司模塊供應(yīng)了2 套8 萬t/a 鹽酸合成爐的成功開車。LG 麗水化學(xué)設(shè)計、制造的尾氣吸收裝置，使合成裝置尾氣中氯化氫及氯氣的含量低于4×10-6。