氯化氫合成生產(chǎn)裝置運行總結(jié)

趙 潔

（山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟寧272300）

山東魯泰化學(xué)有限公司（以下簡稱“魯泰化學(xué)”）前身為濟寧金威煤電有限公司，是山東魯泰控股集團有限公司的全資子公司。魯泰化學(xué)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為氯堿化工項目，設(shè)計生產(chǎn)能力分別為36萬t/a燒堿和37萬t/a聚氯乙烯樹脂，6萬t/a高純鹽酸。離子膜法燒堿項目分2期建設(shè)，第1期6萬t/a項目于2004年11月正式投產(chǎn)，第2期30萬t/a項目于2012年10月正式投產(chǎn)。

1 氯化氫合成生產(chǎn)裝置簡介[1]

氯化氫合成2期生產(chǎn)裝置共7臺SZL-1600型副產(chǎn)蒸汽組合式石墨氯化氫合成爐，配合37萬t/a聚氯乙烯產(chǎn)能，每年需生產(chǎn)氯化氫氣體24.05萬t，每臺氯化氫合成爐設(shè)計生產(chǎn)能力為5萬t/a。為保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運行，保持氯化氫合成爐4萬t/a運行方式，已達設(shè)備的最優(yōu)運行，即運行6臺合成爐生產(chǎn)氯化氫氣體作為氯乙烯合成的原料氣，控制氯化氫純度≥92%，游離氯＜20×10-6，滿足安全生產(chǎn)要求；運行1臺氯化氫合成爐直供降膜吸收器吸收做酸，將氯化氫純度控制在90%左右，保證高純鹽酸中游離氯含量為5×10-6以下，滿足鹽水、電解工序用酸生產(chǎn)要求，滿負荷生產(chǎn)時，鹽水、電解工序每天用酸量110 t左右。因氫氣系統(tǒng)含水，電解工序陽極副反應(yīng)氯氣系統(tǒng)含氧氣，氯化氫合成生產(chǎn)時會有少量冷凝酸產(chǎn)出，由氯化氫合成爐爐底冷凝酸儲槽密閉收集暫存。

副產(chǎn)蒸汽組合式氯化氫合成爐共分4段，自下至上分別為燃燒段、高溫段、夾套過渡段、冷卻段。底部燃燒段和夾套過渡段為循環(huán)純水換熱降溫，頂部冷卻段為循環(huán)水換熱降溫，中部蒸發(fā)段為鍋爐水換熱降溫副產(chǎn)低壓蒸汽。

降膜吸收器吸收做酸后自流至鹽酸中間槽暫存，共計3臺；高純鹽酸儲槽共計4臺；食品添加劑鹽酸儲槽1臺（1期裝置生產(chǎn)），冷凝酸儲槽2臺（地上儲槽、低位儲槽各1臺，生產(chǎn)裝置運行時使用地上鹽酸儲槽，停車檢維修期間、取樣分析液相回收使用低位儲槽），采用填料（酸霧）吸收塔雙塔串聯(lián)方式吸收儲罐內(nèi)揮發(fā)的氯化氫氣體。

2 氯化氫合成生產(chǎn)裝置優(yōu)點

生產(chǎn)裝置自動化控制水平高，操作人員干預(yù)少，設(shè)備運行安全、穩(wěn)定。生產(chǎn)現(xiàn)場鹽酸（氯化氫）密閉收集、尾氣連續(xù)凈化，工作環(huán)境清潔、優(yōu)美。小改小革、技術(shù)改造動力足，創(chuàng)新活力不斷提升。資源使用合理，生產(chǎn)成本降低，企業(yè)盈利能力增強。

3 氯化氫合成裝置生產(chǎn)模式

3.1 全部采用智能化點火系統(tǒng)，保證裝置開車安全

3.1.1 智能化點火系統(tǒng)應(yīng)用情況

生產(chǎn)裝置自2013年開始使用智能化點火技術(shù)，經(jīng)過不斷摸索、技術(shù)改造，目前氯化合成爐全部實現(xiàn)智能化點火，達到半自動點火目的，智能化點火系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。相比人工點火，智能化點火系統(tǒng)更加安全、高效、可靠，減少了人工現(xiàn)場干預(yù)，一定程度上保障了現(xiàn)場操作人員的人身安全，提高了氯化氫合成生產(chǎn)裝置自動化水平。

智能型點火系統(tǒng)主要是由PLC控制的系統(tǒng)，有PLC控制柜、現(xiàn)場點火閥門及流量控制、現(xiàn)場點火控制柜、點火燃燒器等組成的成套系統(tǒng)。點火控制分為PLC遠程控制、PLC就地控制和DCS遠程控制3種方式。DCS操作系統(tǒng)引入集中控制室，日常生產(chǎn)操作中，合成爐點火步驟由DCS系統(tǒng)全程控制，一人操作即可完成點火操作，為保證生產(chǎn)安全，正常情況下DCS系統(tǒng)操作方式為一人操作、一人監(jiān)護。

3.1.2 氯化氫合成爐點火系統(tǒng)自控閥門設(shè)置情況

合成爐氫氣系統(tǒng)支管設(shè)有氫氣點火旁路切斷閥、氫氣主管路切斷閥、氫氣流量調(diào)節(jié)閥、SIS系統(tǒng)氫氣切斷閥；合成爐氯氣系統(tǒng)支管設(shè)有氯氣點火旁路切斷閥、氯氣主管路切斷閥、氯氣流量調(diào)節(jié)閥、SIS系統(tǒng)氯氣切斷閥；合成爐爐門設(shè)有爐門點火切斷閥。

3.1.3 氯化氫合成爐智能化點火步驟

（1）現(xiàn)場操作人員調(diào)整好降膜吸收器做酸系統(tǒng)，置換合成爐內(nèi)可燃氣體，分析人員取樣分析，氫氣純度、氯氣純度及合成爐內(nèi)可燃氣體含量取樣分析合格后，通知DCS操作人員，具備點火條件，DCS操作人員準備點火前確認工作，操作人員撤離點火現(xiàn)場，遠距離觀察氯化氫合成爐內(nèi)點火情況。

（2）DCS操作人員切換操作方式為遠程控制，點擊“點火允許”按鈕，DCS系統(tǒng)發(fā)出信號給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)獲取信息，此時點火允許指示燈亮，可進行下一步操作。

（3）DCS操作人員點擊“點火啟動”按鈕，PLC控制系統(tǒng)開始工作，首先進入點火槍頭空氣吹掃狀態(tài)，可設(shè)置吹掃時間10～15 s后，點火用氫氣切斷閥開啟，此時點火槍頭盤旋混合，PLC系統(tǒng)發(fā)火器發(fā)電引燃（30 s引火失敗，重新點火）點火用氫氣，點火槍頭熱電偶溫度傳至DCS系統(tǒng)，槍頭熱電偶溫度至120℃，“槍火焰”指示燈亮，可進行下一步操作。

（4）DCS操作人員點擊“確認點小火”按鈕，此時，DCS系統(tǒng)氫氣點火旁路切斷閥、氫氣主管路切斷閥同時開啟，生產(chǎn)系統(tǒng)氫氣進入合成爐石英燈頭由點火槍引燃。DCS操作人員通過火焰監(jiān)測視頻、現(xiàn)場人員通過現(xiàn)場爐門孔查看合成爐內(nèi)氫氣燃燒正常后，可進行下一步操作。

（5）DCS操作人員點擊“開氯氣點火閥”按鈕，此時，DCS系統(tǒng)氯氣點火旁路切斷閥、氯氣主管路切斷閥同時開啟，生產(chǎn)系統(tǒng)氯氣進入合成爐石英燈頭和氫氣混合燃燒。DCS操作人員通過火焰監(jiān)測視頻、現(xiàn)場人員通過現(xiàn)場爐門孔查看合成爐內(nèi)火焰顏色正常后，可進行下一步操作。

（6）確認火焰顏色變色正常后，DCS操作人員關(guān)閉合成爐爐門切斷閥，逐漸提升生產(chǎn)負荷。

（7）點火結(jié)束，DCS系統(tǒng)發(fā)出“停止點火”信號給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)獲取信息，PLC現(xiàn)場柜空氣切斷閥、點火用氫氣切斷閥關(guān)閉，充氮切斷閥開啟，現(xiàn)場人員調(diào)整好氮氣流量，保持點火槍頭持續(xù)充氮正壓保護，做好維護保養(yǎng)工作。

3.2 設(shè)置儀表在線監(jiān)測裝置

3.2.1 鍋爐水系統(tǒng)pH值監(jiān)測

鍋爐給水輸送泵出口設(shè)置鍋爐水pH值在線監(jiān)測，監(jiān)測鍋爐水經(jīng)夾套降溫至35℃左右，從而延長pH監(jiān)測電極使用周期。鍋爐水因高溫電離程度增大而顯示酸性，對鍋爐水系統(tǒng)管道及低壓蒸汽管道發(fā)生化學(xué)腐蝕，管道極易泄漏，影響正常生產(chǎn)。

正常生產(chǎn)情況下，鍋爐水系統(tǒng)pH值控制在7～9，當(dāng)pH值＜7時，在鍋爐給水輸送泵進口管道加入磷酸三鈉緩蝕劑，經(jīng)離心泵葉輪混合后均勻加入鍋爐水系統(tǒng)，磷酸三鈉水解顯堿性，從而保證鍋爐水系統(tǒng)pH值保持在7～9。由于低壓蒸汽中攜帶磷酸三鈉含量較少，滿負荷生產(chǎn)時，每月消耗磷酸三鈉約20 kg。

鍋爐水系統(tǒng)管道為無縫鋼管，現(xiàn)場操作人員定期對鍋爐水系統(tǒng)進行排污操作，回收至鍋爐水收集水箱，鍋爐水收集泵經(jīng)鍋爐水收集箱液位開關(guān)控制自動啟動，輸送至一次鹽水配水儲罐，磷酸三鈉可吸附一次鹽水中的金屬雜質(zhì)，起到了凈化作用。鍋爐水中的固體雜質(zhì)經(jīng)一次鹽水壓濾工序進行過濾處理。

3.2.2 鹽酸系統(tǒng)生產(chǎn)濃度監(jiān)測

降膜吸收器做酸系統(tǒng)下酸管道安裝了鹽酸濃度在線分析儀，DCS系統(tǒng)操作人員可根據(jù)鹽酸濃度運行指標及時調(diào)整產(chǎn)酸吸收水流量，保證了鹽酸濃度控制在合格指標內(nèi)。

產(chǎn)酸吸收水為純水，在純水系統(tǒng)進入裝置區(qū)前安裝電導(dǎo)率監(jiān)測，DCS系統(tǒng)操作人員可根據(jù)純水電導(dǎo)率變化情況提前預(yù)判純水質(zhì)量。

3.2.3 氯化氫燃燒火焰顏色遠程監(jiān)看，氯化氫氣體含游離氯在線分析

為保證氯化氫合成的安全生產(chǎn)，通常根據(jù)氯、氫燃燒火焰變色情況及合成氣中游離氯含量綜合判斷氯化氫合成生產(chǎn)情況，現(xiàn)場設(shè)置監(jiān)火攝像頭和游離氯在線監(jiān)測儀，將檢測信號傳送至DCS集中控制室，由DCS操作人員實時監(jiān)看，現(xiàn)場人員手動分析氯化氫純度，保障了氯化氫合成的安全生產(chǎn)，確保輸送出的氯化氫氣體滿足氯乙烯合成的生產(chǎn)要求。

3.3 設(shè)置氫氣、關(guān)鍵動設(shè)備、SIS系統(tǒng)壓力聯(lián)鎖階梯控制

3.3.1 氫氣系統(tǒng)控制情況

自電解槽產(chǎn)出的氫氣經(jīng)氫氣處理工序降溫、除水后，加壓輸送氯化氫生產(chǎn)界區(qū)氫氣分配臺，分別進入氯化氫1期生產(chǎn)裝置、氯化氫2期生產(chǎn)裝置和去氫氣氣柜，氫氣系統(tǒng)壓力由末端壓力穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥控制至0.090 MPa供生產(chǎn)使用，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥后分兩支管，一路經(jīng)氫氣阻火器直接放空，一路輸送至去氫氣氣柜管道。氫氣氣柜輸送調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力至0.088 MPa，當(dāng)氫氣分配臺壓力≤0.088 MPa時，去氣柜輸送調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，以保證生產(chǎn)裝置用氫安全；但當(dāng)氯化氫生產(chǎn)裝置提升負荷時，因氫氣分配臺緩沖能力弱，壓力波動較大，觸動去氣柜輸送調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖值，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，造成氫氣系統(tǒng)壓力波動，影響正常生產(chǎn)。停車檢修期間，將氫氣系統(tǒng)取壓點前移，在氫氣處理工序界區(qū)增加壓力變送器，與氫氣分配臺壓力組成“與”邏輯，當(dāng)氫氣系統(tǒng)壓力異常，兩處壓力同時≤0.088 MPa時，去氫氣氣柜輸送調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

氯化氫合成爐生產(chǎn)氫氣壓力取壓自氫氣緩沖罐，根據(jù)氯化氫合成爐開車順序及前工序生產(chǎn)異常情況，將氫氣壓力聯(lián)鎖值進行階梯控制：1#、3#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.086 MPa；5#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.084 MPa；2#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.082 MPa；4#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.080 MPa；6#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.078 MPa；7#氯化氫合成爐氫氣壓力聯(lián)鎖設(shè)定值0.076 MPa。

如遇電解槽、氫氣壓縮機跳停等異常情況，根據(jù)氫氣系統(tǒng)壓力降低情況進行聯(lián)鎖保護合成爐單臺或多臺停車，穩(wěn)定氫氣、氯氣系統(tǒng)壓力，通過操作人員應(yīng)急響應(yīng)來保證異常情況下生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定運行。

3.3.2 安全儀表系統(tǒng)

在氯化氫合成爐氫氣、氯氣入爐支管上分別設(shè)置SIS系統(tǒng)壓力變送器、SIS系統(tǒng)緊急切斷閥，SIS系統(tǒng)氫氣、氯氣壓力聯(lián)鎖值同DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖值，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況時，SIS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)同時響應(yīng)，生產(chǎn)異常處理達到“雙保險”。

3.3.3 關(guān)鍵動設(shè)備熱備用，異常情況自動開啟

純水循環(huán)輸送泵、鍋爐給水泵（均為2開1備）為氯化氫合成生產(chǎn)裝置關(guān)鍵動設(shè)備，動設(shè)備供應(yīng)循環(huán)純水、鍋爐水不足或中斷極易造成石墨設(shè)備過熱，造成設(shè)備損壞，影響正常生產(chǎn)；基于以上情況，在循環(huán)純水總管、鍋爐給水總管設(shè)置壓力變送器，備用動設(shè)備進出口閥門全部開啟，并設(shè)置壓力LL聯(lián)鎖，當(dāng)循環(huán)純水總管壓力≤0.15 MPa、鍋爐水總管壓力≤0.6 MPa時，備用泵啟動，出口調(diào)節(jié)閥逐漸開啟，從而保證氯化氫合成反應(yīng)放出的熱量能夠有效換熱，從而達到裝置安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。

3.4 生產(chǎn)過程中冷凝酸自動控制處理

由于氫氣系統(tǒng)帶水、氯氣系統(tǒng)含氧，在氯化氫反應(yīng)過程中會有少量水，與氯化氫氣體充分接觸經(jīng)降溫冷卻，在生產(chǎn)過程中會有冷凝酸產(chǎn)生，設(shè)置冷凝酸儲槽，在儲槽設(shè)置遠傳液位計、出口安裝放酸調(diào)節(jié)閥，冷凝酸儲槽出口調(diào)節(jié)閥與儲槽液位設(shè)置單回路控制，為避免氯化氫氣體進入酸霧吸收塔氣相管道，將液位設(shè)置50%，通過氯化氫合成爐內(nèi)壓力（0.05 MPa）將冷凝酸輸送至地上鹽酸儲槽暫存。

3.5 生產(chǎn)過程取樣分析，氣相負壓吸收、液相回收利用

氯化氫純度及鹽酸中間槽取樣時，現(xiàn)場鋪設(shè)酸液回收管道至低位槽，回收管道上部開孔連接至負壓管道，取樣承接漏斗下部用橡膠塞密封，取樣時將橡膠塞取下，在微負壓下取樣，氯化氫氣體被抽至酸霧吸收裝置吸收凈化，取樣液回收至低位槽。

3.6 鹽酸尾氣連續(xù)凈化，吸收液回用至生產(chǎn)系統(tǒng)

各鹽酸儲罐罐頂連接至酸霧吸收裝置氣相負壓管，負壓管自一級吸收塔中接入，自一級吸收塔頂部串聯(lián)進入二級吸收塔中部，二級吸收塔頂部氣相管連接風(fēng)機進口，通過補氣手閥控制氣相管負壓，避免酸霧外溢。

一級吸收塔循環(huán)液來自一級吸收塔循環(huán)泵，二級吸收塔循環(huán)液來自二級吸收塔循環(huán)泵。在一級（二級）吸收塔內(nèi)氣、液逆向接觸，氯化氫被循環(huán)液吸收，循環(huán)液濃度升高，當(dāng)二級吸收塔內(nèi)循環(huán)液濃度5%時，更換循環(huán)液。

酸霧吸收裝置負壓氣相管設(shè)置壓力變送器，氣相總管進口設(shè)置補氣調(diào)節(jié)閥，與壓力變送器設(shè)置單回路調(diào)節(jié)控制，負壓總管壓力設(shè)定值為-1.5 kPa以滿足生產(chǎn)要求，避免酸霧外溢腐蝕環(huán)境。

3.7 監(jiān)火視鏡在線沖洗改造

原監(jiān)火視鏡在線沖洗裝置沖洗水取自氯化氫合成爐底部循環(huán)純水管道，沖洗時由于視鏡溫差較大，極易造成觀火視鏡開裂。將沖洗水由循環(huán)純水改為80℃左右合成爐鍋爐水，避免了沖洗視鏡溫差大觀火視鏡開裂導(dǎo)致的停車更換的情況，保證了氯化氫合成爐長周期穩(wěn)定運行。

3.8 氯化氫合成爐爐體擴孔改造

將氯化氫合成爐原DN100觀火孔擴孔改至DN150，DCS操作人員遠程通過監(jiān)火視頻觀察合成爐內(nèi)火焰顏色更加直觀，保證生產(chǎn)安全運行。

3.9 加裝氯化氫合成爐爐門切斷閥

氯化氫合成爐爐門由人工手動開關(guān)改為DCS操作人員遠程控制，為避免操作人員誤操作，DCS系統(tǒng)控制爐門閥開關(guān)時增加了二次確認；安裝爐門切斷閥后，減少了生產(chǎn)現(xiàn)場操作人員勞動強度，避免了人工關(guān)閉爐門時可能發(fā)生火焰噴射造成人身傷害，提高了氯化氫合成爐開車作業(yè)的安全性和可靠性。

3.10 富余氫氣外售

氫氣自氫氣分配臺及一期氫氣總管穩(wěn)壓后輸送至氫氣氣柜，在保證滿足氯化氫合成裝置用氫安全的條件下，最大限度向外輸送氫氣外售，每小時輸送約2 000 m3，管道氫氣按1元/m3計算，每年可增加經(jīng)濟效益約1 600萬元。

3.11 提高副產(chǎn)蒸汽利用率

氯化氫合成爐副產(chǎn)低壓蒸汽原只用于冷凍工序溴化鋰機組，由于氯化氫生產(chǎn)負荷較大，每年副產(chǎn)蒸汽放空兩萬余噸，造成蒸汽資源浪費，后將副產(chǎn)蒸汽管道鋪設(shè)至一次、二次鹽水工序預(yù)熱鹽水，提高了副產(chǎn)蒸汽的利用率，每年可減少生產(chǎn)成本約300萬元。

3.12 多種濃度鹽酸混配，合理使用

合成爐內(nèi)冷凝酸（質(zhì)量分數(shù)，38%左右）依靠合成爐壓力（0.05 MPa）輸送至地上鹽酸儲槽，鹽酸地上槽輸送泵由地上槽液位開關(guān)自動啟停輸送至合成酸儲罐，酸霧吸收塔循環(huán)液（質(zhì)量分數(shù)20%左右）及取樣液（質(zhì)量分數(shù)31%左右）全部回收至低位槽暫存，后輸送至合成酸儲罐緩存，混配合格后輸送至電解工序氯酸鈉分解槽加酸使用，解決了冷凝酸、取樣液、酸霧吸收塔循環(huán)液處理問題。

4 結(jié)語

氯化氫合成生產(chǎn)裝置，對生產(chǎn)原料進行科學(xué)控制；對危險程度較高的作業(yè)活動，全部采用智能化系統(tǒng)；對生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品（冷凝酸、稀鹽酸、副產(chǎn)低壓蒸汽）合理使用；對生產(chǎn)過程重要的工藝運行指標，采取多措施在線監(jiān)測、遠程監(jiān)看；對生產(chǎn)現(xiàn)場鹽酸（氯化氫）密閉收集處理；從而達到生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定、現(xiàn)場工作環(huán)境優(yōu)美、自動化控制水平高、企業(yè)盈利能力增強的目的。通過小改小革、技術(shù)改造的成功實施，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益，對氯堿行業(yè)氯化氫合成生產(chǎn)有積極的影響。