含自动点火的全自控盐酸合成装置

吴春森

（南通鑫宝石墨设备有限公司，江苏 南通226011）

乐金渤海化学有限公司25 万t/a离子膜烧碱装置于2006 年运行，其配套的高纯盐酸装置由南通鑫宝石墨设备有限公司模块化成套供应。该装置产能为5 万t/a 高纯盐酸，主体设备为1 台下点火三合一石墨合成炉及1 台尾气塔，无备用设备，于2006年5月投产至今运行稳定。 该装置采用全自控操作系统，现场无人化操作。

1 安全

氯化氢及盐酸合成装置生产所需的原料为氢气和氯气，由于氢气与空气中的氧气爆燃范围宽广，故国家制定对于氢气的防爆规范为ⅡC，温度组别为T4，即生产装置的界区外15 m 之内不可动明火；氯气只要在每立方米空气中存有0.3 g 就会对人员造成致命伤害；而氯化氢和成品盐酸又是强腐蚀剂。所以氯化氢及盐酸合成系统在生产中的安全和稳定是本装置最重要的问题。本系统目前的安全措施有以下几点。

（1）根据国家制定的安全生产法规要求。氢气设备、管线和装置15 m 内禁止动火。目前，国内氯化氢及盐酸合成装置较多采用的合成炉外点火是不符合国家安全生产规定的，存在着极大的安全隐患。本装置采用了德国进口，符合氢气防爆规范的自动点火装置（欧盟航天局航空火箭氢气点火器），在合成炉内自动程序点火，自开车至今已无故障运行8 年；

（2）开车前的系统吹扫。由于氢气的爆燃范围极大，开车前装置内部的可燃可爆介质必须清除。因此针对此系统特点制定的程序逻辑，用降压后的氮气（阻燃阻爆气体）分别从氢气管线和氯气管线对整个系统进行全面吹扫，消除点火开车时系统内部的安全隐患；

（3）停车时氢气、氯气管线安全阀门的联动与系统内部气体的置换。不管是生产停车还是紧急停车，为了保障安全，必须在最短的时间内（5 s）关闭氢气和氯气阀门，切断危险源。在DCS 控制室和装置现场，本装置都设计了一个紧急停车按钮，以利于人工停车，同时由火焰检测器控制自动停车，这样的设置既有灵活性又有可靠性。停火联动由预设的停炉程序自动执行：关闭氢气和氯气安全阀、同时打开氮气阀，将系统内部的残余混合气体彻底赶出装置，保证停车安全；

（4）生产运行时的系统监测和联动。正常生产时火焰的监测对于氯化氢及盐酸生产来说至关重要，装置上采用美国Honeywell 防爆型火焰检测器实时监测火焰燃烧，并与控制连锁联动，保障氯化氢及盐酸装置生产的稳定和系统的安全。同时，在装置上设置高倍高清晰的摄像仪，由操作人员控制云台，便于仔细观察火焰燃烧状态，及时作出准确判断。

2 生产控制

（1）氯、氢自动配比。本装置设计时，希望通过氯气和氢气流量调节系统，检测控制氯、氢投入量，并通过自动配比，在过氢量5%的状况下，使生产达到稳定，并保证高纯酸中游离氯的含量小于5×10-6。但由于本装置原料气中含水量较高，输送压力较低，因此配比时加大了过氢量，使氯氢比达到了1∶1.1。原料气氯气、氢气规格如下。

氯气（摩尔比）：Cl297.51%；

H20.03%；

O20.89%；

CO20.13%；

N20.07%；

H2O 1.37%；

氯气压力：0.22 kg/cm2G，温度：15 ℃；

氢气（摩尔比）：H289.94%；

H2O 10.06%；

氢气压力：0.2 kg/cm2G，温度：50 ℃。

（2）吸收系统。 由吸收水流量控制系统，根据DKK 浓度检测仪的浓度检测来控制吸收水的流量，使装置生产出的盐酸符合成品酸的质量要求和产量要求。在过氢量10%的状况下，实际产出高纯酸规格如下：

氯化氢：32%（wt）；Fe：≯0.4×10-6（wt）；Ca2+：≯1×10-6（wt）；Mg2+：≯0.04×10-6（wt）；游离氯：≯5×10-6（wt）；颜色：无色、透明。

（3）产品质量与主体设备之间关系。本装置主体设备采用下点火式三合一石墨合成炉，其燃烧器位于合成炉底部，就运行的经验来看，其拥有以下几个优点。

a.安全。燃烧器位于塔底，防爆膜安装在塔顶，这样万一压力过高，防爆膜爆裂，气体只在塔顶放空，远离操作人员工作的地方，同时，也避免了盐酸四处飞溅；充氮排气也是从塔底到塔顶，这样一旦装置停车或点火失败，可爆未燃的原料气体混合物就被彻底排除；

b.提高产品酸质量。垂直向上的燃烧通道，使燃烧炉内产生的废酸与产品酸分开排放，避免原料气中的杂质进入产品酸中；正压生产使燃烧的火焰更集中，原料气混合均匀，燃烧更彻底，降低产品酸中游离氯的含量；

c.操作方便。燃烧器及所有原料气体管道，控制和安全系统皆安装布置在塔底。使得操作人员极易在地面上安全地控制、巡视和操作。

3 运行过程中出现的问题及解决方法

（1）本装置氯、氢原料气输送压力为0.02 MPa左右，同时水分含量较高。因此一旦原料气压力有波动，氯、氢配比调节会发生偏差。需DCS 操作人员根据实际数据对流量进行调节；

（2）本公司仅有1 套盐酸合成系统，无备用炉，运行一直安全稳定。为保证高纯酸的生产，需常备合成炉燃烧器灯头及合成炉接管与相应配套垫片。

4 结语

乐金渤海化学有限公司含自动点火的全自控盐酸合成系统在国内首先实现了现场无人化操作，在无备用合成炉的情况下，已安全持续生产8 年，至今运行良好，符合设计预期，已达到国际先进水平，在LG 化学内深受好评。2013 年2 月，为韩国丽水LG 化学公司模块供应了2 套8 万t/a 盐酸合成炉的成功开车。LG 丽水化学设计、制造的尾气吸收装置，使合成装置尾气中氯化氢及氯气的含量低于4×10-6。