氯乙烯氣柜系統(tǒng)安全升級(jí)改造分析

梁愛華

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

1 改造背景

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“氯堿公司”）現(xiàn)有燒堿產(chǎn)能53萬t/a，PVC 43.5萬t/a、專用樹脂7萬t/a。共有單節(jié)濕式氯乙烯氣柜3臺(tái)：老廠區(qū)2臺(tái)，容積1 500 m3；糊樹脂廠區(qū)1臺(tái)，容積1 000 m3。近些年，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了幾起因氯乙烯氣柜各方面不良因素造成的重大安全事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，社會(huì)影響惡劣[1]。為此，應(yīng)急管理部和氯堿行業(yè)不斷加強(qiáng)氯乙烯氣柜的安全管理工作[2]，徹底排查氯乙烯氣柜的安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步升級(jí)安全措施，切實(shí)提高氯乙烯氣柜運(yùn)行的安全等級(jí)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，杜絕事故的發(fā)生。

氯堿公司從氯乙烯氣柜運(yùn)行本質(zhì)安全的角度，協(xié)同資質(zhì)單位，對(duì)工藝裝置和設(shè)施的危險(xiǎn)與可操作性進(jìn)行深入分析，尋求提升氯乙烯氣柜運(yùn)行更安全更可靠的改造措施。分析過程分為危險(xiǎn)與可操作性分析及保護(hù)層分析[3]，范圍主要是根據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)際情況保持一致的氯乙烯氣柜裝置管道及儀表流程圖和操作規(guī)程，識(shí)別出工藝流程中可能存在的設(shè)計(jì)缺陷、設(shè)備和儀表故障、人員操作失誤等可能帶來的各種后果；提出控制或降低風(fēng)險(xiǎn)以及改善工藝系統(tǒng)可操作性的措施[4]。

2 工藝流程分析及改造

氯乙烯氣柜設(shè)備鐘罩是一個(gè)有拱頂?shù)牡酌娉ㄩ_的圓筒形結(jié)構(gòu)，在水槽和鐘罩之間有水形成水封。氣體管道穿過水槽中的水進(jìn)入鐘罩，實(shí)現(xiàn)氣體的輸入或輸出。鐘罩和水槽間用水封實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)機(jī)前壓力高向氣柜送氣體時(shí)，鐘罩上升；當(dāng)機(jī)前壓力低，由氣柜向外送氣體時(shí)，鐘罩下降；鐘罩依靠導(dǎo)軌保證升降平穩(wěn)[5]。因氯堿公司兩個(gè)廠區(qū)聚氯乙烯生產(chǎn)工藝主流程有所差別，氯乙烯氣柜的工藝流程有所不同。下面用A型氯乙烯氣柜和B型氯乙烯氣柜來表示不同工藝下的氯乙烯氣柜。

2.1 A型氯乙烯氣柜

工藝流程：A型氣柜為2臺(tái)，屬于開1備1，2臺(tái)氣柜間有聯(lián)通，可實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程切換。A型氣柜為單管氣柜，即進(jìn)氣和出氣為同一條管線，氯乙烯自壓縮機(jī)機(jī)前總管與氣柜進(jìn)出氣管道聯(lián)通，同時(shí)與精餾工序置換平衡管道聯(lián)通，來自聚合一二三期的回收管線和各類型單體儲(chǔ)罐的安全閥泄放氯乙烯氣也同樣并入氣柜進(jìn)出氣管道。當(dāng)氯乙烯壓縮機(jī)抽量相對(duì)較低時(shí)，轉(zhuǎn)化多余氯乙烯氣體進(jìn)入氯乙烯氣柜中；當(dāng)氯乙烯壓縮機(jī)抽量相對(duì)較高時(shí)，氯乙烯氣柜內(nèi)的氯乙烯對(duì)壓縮機(jī)前進(jìn)行補(bǔ)充，氯乙烯氣柜起到平衡生產(chǎn)系統(tǒng)氣量的作用，使精餾系統(tǒng)操作穩(wěn)定，同時(shí)確保壓縮機(jī)前的正壓。A型氣柜流程簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 A型氣柜簡(jiǎn)易流程

風(fēng)險(xiǎn)分析：當(dāng)上游生產(chǎn)波動(dòng)排氣量增大、操作不當(dāng)導(dǎo)致氣體管線積液，壓縮機(jī)抽氣不順暢，氣柜出氣量減少時(shí)，氯乙烯氣柜的柜位升高，氣體從氣柜安全放空管放空；當(dāng)氣柜導(dǎo)軌卡頓，一方面會(huì)造成系統(tǒng)超壓VCM會(huì)大量釋放至環(huán)境，另一方面可能會(huì)造成系統(tǒng)超負(fù)壓，氣柜設(shè)備抽癟VCM泄漏。以上情況均可能會(huì)造成物料損失和人員中毒，若遇明火則引起火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)情況。雖然現(xiàn)有氣柜中設(shè)有DCS雙柜位高報(bào)警，操作人員可手動(dòng)切換備用氣柜；雙柜位低報(bào)警設(shè)置有DCS自動(dòng)打開補(bǔ)氮切斷閥環(huán)節(jié)負(fù)壓情況，但嚴(yán)重情況下，切換氣柜不及時(shí)或系統(tǒng)異常波動(dòng)，備用氣柜也可能失效，無法有效避免事故的發(fā)生。

安全升級(jí)改造：通過風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和后果等級(jí)定量計(jì)算[6]，現(xiàn)氯乙烯氣柜處于高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行狀況，為將氯乙烯氣柜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降低至低風(fēng)險(xiǎn)，故本次改造增加了2套A型氯乙烯氣柜的保護(hù)層，即兩個(gè)互備氣柜均增加3個(gè)SIL2等級(jí)的遠(yuǎn)傳柜位計(jì)，同時(shí)在2個(gè)氣柜進(jìn)出氣管線上增加一個(gè)SIS切斷閥，設(shè)置新增遠(yuǎn)傳液位計(jì)三選二高報(bào)警時(shí)，切斷氣柜新增SIS切斷閥，同時(shí)切斷VCM轉(zhuǎn)化系統(tǒng)乙炔、氯化氫管線SIS切斷閥，關(guān)閉VCM壓縮機(jī)，SIS信號(hào)傳至DCS，DCS聯(lián)鎖切斷聚合回收管線自動(dòng)閥。與此同時(shí)，因單體儲(chǔ)槽的液態(tài)單體在火災(zāi)等事故狀態(tài)下，安全閥泄放量極大，為避免造成氣柜次生危險(xiǎn)，本次改造將含有大量液態(tài)單體的儲(chǔ)槽安全閥泄放管線從進(jìn)氣柜改為就地放空，此外，為精餾系統(tǒng)增加SIS切斷功能，避免精餾塔出現(xiàn)大量泄放的情況。

2.2 B型氯乙烯氣柜

工藝流程：B型氣柜為1臺(tái)，屬于單運(yùn)行系統(tǒng)。B型氣柜為雙管氣柜，即進(jìn)氣和出氣為不同管線，來氣主要是ABCD線糊樹脂聚合回收單體，儲(chǔ)槽類安全閥泄放單體，以及變壓吸附解吸回收的單體；出氣則進(jìn)入水環(huán)壓縮機(jī)加壓、冷凝器冷卻后送至精餾工序。B型氯乙烯氣柜的作用與A型類似，起到緩沖和平衡生產(chǎn)系統(tǒng)氣量的作用。B型氣柜流程簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 B型氣柜流程簡(jiǎn)圖

風(fēng)險(xiǎn)分析：當(dāng)上游生產(chǎn)波動(dòng)排氣量增大、操作不當(dāng)導(dǎo)致氣體管線積液，壓縮故障，氣柜出氣量減少時(shí)，氯乙烯氣柜的柜位會(huì)升高，氣體從氣柜安全放空管放空；當(dāng)氣柜導(dǎo)軌卡頓或操作系統(tǒng)異常時(shí)，一方面會(huì)造成系統(tǒng)超壓VCM會(huì)大量釋放至環(huán)境，另一方面可能會(huì)造成系統(tǒng)超負(fù)壓，氣柜設(shè)備抽癟VCM泄漏。以上情況均可能會(huì)造成物料損失和人員中毒，若遇明火則引起火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)情況。雖然現(xiàn)有氣柜中設(shè)有DCS雙柜位高報(bào)警，DCS聯(lián)鎖關(guān)閉氣柜進(jìn)口切斷閥可及時(shí)停來氣，同時(shí)壓縮機(jī)能力為1 000 m3/h，聚合釜每釜回收量為8 h，800 m3，壓縮機(jī)的能力大于來氣量，且有熱備機(jī)，同時(shí)壓縮機(jī)故障DCS可遠(yuǎn)程一鍵啟動(dòng)熱備機(jī)，現(xiàn)有措施可及時(shí)降低事故發(fā)生的概率，但嚴(yán)重情況下，如果操作人員響應(yīng)不及時(shí)，仍然無法有效避免事故的發(fā)生。

安全升級(jí)改造：通過風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和后果等級(jí)，現(xiàn)B型氯乙烯氣柜處于高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行狀況，為了將氯乙烯氣柜運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降低至低風(fēng)險(xiǎn)，故本次改造增加了1套B型氯乙烯氣柜的保護(hù)層，即氣柜增加3個(gè)SIL2等級(jí)的遠(yuǎn)傳柜位計(jì)，同時(shí)在2個(gè)氣柜2個(gè)主路進(jìn)氣管線上分別增加1個(gè)SIS切斷閥，出氣管線上增加1個(gè)SIS切斷閥，設(shè)置新增遠(yuǎn)傳液位計(jì)三選二高報(bào)警時(shí)，切斷氣柜3個(gè)SIS切斷閥。與此同時(shí)，因進(jìn)B型氣柜的安全閥泄放總管線中存在球罐安全閥、粗單體槽、鮮單體槽、釜外回收至氣柜安全閥泄放管，因此類存放大量液態(tài)單體，在火災(zāi)事故情況下，VCM會(huì)大量釋放，氣柜無法承受釋放量，為避免造成氣柜出現(xiàn)次生危害，本次改造將含有大量液態(tài)單體的儲(chǔ)槽安全閥泄放管線從進(jìn)氣柜改為就地放空。

3 結(jié)語

通過對(duì)氯乙烯氣柜的工藝、控制及操作的綜合危險(xiǎn)與可操作性分析，對(duì)氯乙烯氣柜提出了增加緊急切斷裝置（SIS系統(tǒng)）的安全建議，增加一個(gè)遠(yuǎn)傳柜位指示，高高聯(lián)鎖關(guān)閉進(jìn)出氣管線的SIS切斷閥。除此以外，技術(shù)分析團(tuán)隊(duì)還對(duì)氣柜的水封增加DCS遠(yuǎn)傳溫度計(jì)和遠(yuǎn)傳液位計(jì)，設(shè)置溫度低報(bào)警，對(duì)氯乙烯氣柜出現(xiàn)水封液位不足和水封凍冰的情況提出建議措施，降低了因水封不足造成氯乙烯氣柜泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。以上安全措施在系統(tǒng)停車檢修間均已完成全部施工，現(xiàn)已順利安全投入使用，為氯乙烯氣柜系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行提供安全保障。此外，氯堿公司還在不斷挖掘和探索各種輔助檢測(cè)措施，避免氯乙烯氣柜設(shè)備本體造成危險(xiǎn)事故，切實(shí)提升整個(gè)氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性能，不斷推進(jìn)氯堿公司向安全、持續(xù)、健康的方向發(fā)展。