离子膜烧碱配套蒽醌法双氧水生产的连锁设计与应用

谢仲阳

（广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600）

蒽醌法生产双氧水是目前的主流工业生产方法，以钯为催化剂的固定床工艺已成为双氧水生产发展的方向，广西柳化氯碱公司的生产装置就采用了该生产工艺，10万t/a 装置由黎明化工研究设计院设计。

该公司2套生产装置由不同的设计院设计，在2个系统氢平衡的问题上连锁逻辑设计是真空的，为此，根据公司的生产实际情况，做出了符合安全生产要求的设计并投入应用。

1 离子膜烧碱中氯氢系统连锁、氯化氢合成系统及双氧水供氢系统概述

1.1 离子膜烧碱中氯氢系统连锁

从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有水蒸气及盐雾等杂质。干燥氯气前，通常先使氯气冷却，除去大部分水蒸气，然后，用干燥剂进一步除去水分。干燥后的氯气经过压缩，送到氯气分配台再分送给后续的液氯包装、氯化氢合成工序。

从电解出来的氢气，其温度稍低于电解槽槽温，并含有饱和水蒸气，还带有盐和碱的雾沫，所以应进行冷却和洗涤，冷却后的氢气由氢气压缩机压缩到一定的压力后，经氢气分配台分送到后续的双氧水、氯化氢合成工序。

电解槽与氯氢系统连锁逻辑关系见图1。

图1 电解槽与氯氢系统连锁逻辑关系图

电解槽全停时，氯压机和氢压机全停、氯气总阀和氢气总阀全关。

1.2 氯化氢合成系统

从氯气分配台来的氯气和从氢气分配台来的氢气在合成炉底部燃烧器燃烧，并通过比值调节控制氢气与氯气的摩尔比为1.25∶1.00～1.35∶1.00（理论上为1.05∶1.00～1.10∶1.00），燃烧后，合成气温度可以达到1 300 ℃以上。生产工艺图见图2。

图2 氯化氢合成系统生产工艺图

从图2可以看出，比值调节中是利用氯气的量来控制氢气的量，以达到氯氢在合成系统中的平衡，保证安全生产。

电解槽全停时，进HCl 合成炉的FV-5451B 和HV-5458B（氯气）、FV-5452B 和HV-5459B（氢气）阀全关，HV-5462B 打开，注入氮气置换合成炉内混合气体。

1.3 双氧水供氢系统

从氢气分配台来的氢气经过氢压机二次加压达到0.35～0.40 MPa 后，经手动遥控阀HV-5482调节送到到双氧水生产工序，氢压机出口安装有回流调节阀以保证前后工序的氢压力平衡。氢压机采用单独的西门子S7-200PLC 控制，通过MODBUS 协议与浙大中控ECS-100DCS 通讯，显示整个机组的关键控制点和运行状态。

2 2套生产装置氢平衡时存在的问题

（1）电解槽全停时，氯压机及氢压机全停，但送双氧水的氢压机由于是在氢气分配台之后（属于双氧水的设计范畴），并没有参与到电解槽的连锁中，因此不会跳停，会继续抽负管道，存在着生产安全隐患。

（2）双氧水突然跳停时，尽管有分配台与送双氧水氢气总管的回流阀PV-5481调节压力，但送双氧水氢气总管压力还是会突然增加，回流阀的调节并不能迅速降低总管压力，设计中，没有压力超高报警及放空、连锁跳车等逻辑设计，存在着生产安全隐患。

（3）当回流阀PV-5481故障或其他原因导致分配台压力过低时，没有设计相关的放空或停车连锁，无法保证HCl 合成炉的安全生产，存在较大的安全隐患。

3 2套生产装置之间的氢平衡连锁设计与应用

根据一年多运行中，存在的问题，工艺和自动化专业人员对氢平衡系统进行了改造，设计出新的连锁逻辑方案，经过调试，达到设计要求后投入到实际应用中。新设计连锁方案见图3。

图3 新设计的连锁方案

（1）电解全停后，送双氧水的2台氢压机也必须停止，并关闭HV-5482遥控阀门起到双保险的作用，再输送1个信号到双氧水主控室告知电解槽全停，双氧水根据紧急停车步骤有序停车；在这里的连锁停车中，就要用到氢压机PLC 与DCS 通过MODBUS 通讯采集的启/停动作输出信号，所以，在选PLC 时需预留通讯端口，并要求设备厂家在出厂时配置有MODBUS 控制协议的通讯编程，提供详细的数据存储地址，方便DCS 读取，这是在采购设备时必须注意的技术细节。

（2）双氧水跳车时，送双氧水氢压机全停并关闭HV5482遥控阀，在分配台处增加的放空阀紧急打开GCFF75%的位置（这是根据运行经验得出的），以保证氢气分配台的压力不超压和不低于70 kPa，让HCl 合成炉能继续安全生产；送双氧水氢气总管增加1个压力检测点（PI-5483）和超压放空阀（HV-5483）连锁，当后续工序出现问题导致超压时，放空阀打开，以保证氢气总管压力在安全范围。

（3）氢气分配台的压力检测采用双压力检测，二者同时满足压力低于70 kPa 时（二选二的逻辑关系），送双氧水氢压机全停并关闭HV-5482遥控阀；回流阀采用故障状态处于完全打开位置的工作形式并配置好旁路手阀，以保证阀门故障时氢气能循环回到分配台，确保HCl 合成炉安全生产。

（4）硬件和软件改造后，在DCS 中编程下载进行调试，新设计的连锁逻辑方案解决了2套生产装置氢平衡时存在的问题，满足了安全生产的要求。

4 结语

离子膜烧碱配套双氧水生产是近发展起来的一种新配套生产模式，利用电解出来的高纯度氢气，可以充分节约双氧水的生产成本。2套生产装置联产最主要的就是氯氢平衡的问题，氯气的消耗必须配套，例如氯化石蜡的生产装置。工艺不同，设计就不同，2套不同的装置需要联产时，就会存在设计的遗漏，需弥补设计的不足、完善优化工艺以满足安全生产。