合成氯化氢安装游离氯在线分析仪技术的应用

任 杰，易多涛，刘大刚

（中盐吉兰泰盐化集团有限公司，内蒙古 阿拉善盟 750336）

中盐吉兰泰盐化集团有限公司（以下简称“中盐吉兰泰”）36万t/a烧碱配套40万t/a PVC，共有2条生产线。合成氯化氢工序共有9台合成炉，分别供给VCM合成工序一期、二期混合脱水。氯化氢含游离氯是通过人工每小时一次进行分析，如遇到生产负荷波动时，特别是发生紧急情况下，在调节合成炉氢气、氯气配比过程中，不能及时发现氯化氢是否存在过氯情况。曾经在生产运行过程中由于氯化氢过氯，VCM混合脱水多次发生爆炸事故事件，存在很大的安全生产风险。为此该公司决定在氯化氢总管安装游离氯在线分析仪，用以提高生产装置的安全稳定运行。

1 氯化氢过氯的原因及危害

在聚氯乙烯（PVC）树脂的生产中，氢气与氯气在合成炉中燃烧生成氯化氢，氯化氢再与乙炔合成氯乙烯，合成氯化氢时预防过氯是安全生产防范工作的重点任务。因为氯气化学性质活泼，极易与乙炔发生剧烈的放热反应，生成氯乙炔并放出大量热量，使混合气体瞬时膨胀，易在混合脱水的石墨冷凝器等薄弱环节处爆炸，破坏性很大，威胁到生产装置和人员安全。

在正常生产运行过程中合成氯化氢发生过氯的主要原因有：（1）氯气和氢气的配比控制不好；（2）压力不稳，氯气和氢气调节阀失灵；（3）氢气压力因为氢压机、自动阀出现故障出现大幅度波动；（4）氯气、氢气孔板流量计不准确，盲目进行调节配比；（5）灯头损坏，导致氯气和氢气燃烧不充分；（6）由于氢气系统氮气阀门未关闭或内漏严重，导致氢气纯度低。

2 工艺流程介绍

来自氯氢处理工序的氯气、氢气通过控制阀送至石墨合成炉，在炉内混合燃烧生成氯化氢气体，反应热由夹套中的循环水冷却后带走，使氯化氢气体温度降至45℃以下，每台合成炉的氯化氢汇至氯化氢总管后进入氯化氢缓冲罐，经氯化氢冷却器降温至14℃以下后送至VCM合成工序。由乙炔工段送来的精制乙炔气经冷却器冷却后通过乙炔阻火器进入混合器，由氯化氢工段送来的氯化氢气体进入混合器与乙炔气进行混合送至氯乙烯转化，工艺流程图见图1。

图1 工艺流程示意图

3 游离氯在线分析仪的设置

增加游离氯在线监测仪及设计联锁条件，对氯化氢含游离氯进行实时监控，超出控制范围VCM工序进行紧急停车，避免VCM工序发生爆炸事故。

3.1 测量原理

游离氯在线分析仪采用全息光栅分光技术和差分光学吸收光谱分析（DOAS）技术，由于同种气体在不同光谱波段有不同的吸收，不同气体在同一光谱波段也有吸收叠加作用，通过对连续光谱的分析，可以同时测量多种气体。实用中采用全息光栅对被测气体吸收后的光进行分光，使用二极管陈列传感器将分光后的光信号转换成电信号，获得介质的连续吸收光谱，从而实现了多种气体的同时测量，精确计算出不同化学组分的含量。游离氯在线分析仪原理图见图2。

图2 游离氯在线分析仪原理图

3.2 安装位置的确定

因为氯化氢含游离氯关系着整个生产系统安全稳定运行，为了能够第一时间确定氯化氢是否含有游离氯，准确指导岗位人员进行操作，游离氯在线分析仪应安装在靠近合成炉出口总管处。同时在线分析仪的采样管道与氯化氢总管的距离尽量小，保证在5 m以内，缩短测量所用时间。

3.3 安全联锁的设置

根据中盐吉兰泰实际生产装备情况，合成氯化氢工序自动化程度较低，合成炉出口为现场手动阀门，未设计自动阀门。为了避免联锁停车后，合成炉防爆膜爆破，造成次生灾害的发生，联锁设计未与VCM氯化氢总管进行联锁。当氯化氢游离氯含量达到高高报值时VCM混合脱水乙炔总阀自动关闭，进行联锁停车，避免氯气与乙炔混合爆炸。游离氯联锁图如3图所示。

图3 游离氯联锁图

将游离氯在线分析仪测量信号引入合成氯化氢、VCM转化主控室DCS系统，操作人员实时进行监控。同时在合成氯化氢现场操作室安装声光报警仪，报警铃响后操作人员及时进行调整处理。游离氯含量设置高报警（H）50×10-6、高高报警值（HH）150×10-6。

3.4 合成氯化氢到VCM混合器过氯时间的确定

考虑到此联锁关系到整个生产装置的稳定运行，当生产系统出现波动是发生氯化氢过氯现象时，岗位人员可以进行适当调整处理，同时为了避免游离氯在线分析仪运行过程中出现误报现象，导致生产系统不必要的停车，必须设计延时联锁。根据现场设备及管道安装实际情况，正产生产中氯化氢总管流量Q=9 000 Nm3/h、压力P=50 kPa、管径DN=600 mm，进行计算氯化氢过氯时间，从合成氯化氢到VCM混合器时间约90 s。游离氯在线分析仪的检测反应时间范围为10～15 s，泰通过技术评审最终确定过氯延时联锁时间设置为60 s，在60 s内氯化氢过氯达到高高报警值无法恢复正常，生产装置必须联锁停车。

4 结语

随着政府对危险化学品生产企业安全生产监管的不断强化，企业必须投入先进的监测设备确保生产的安全稳定运行。自从2016年10月在该公司安装投用以来，成功地预警了2次过氯事件。通过安装游离氯在线分析仪及联锁程序的设计，对氯化氢过氯的情况及时发现并预警，可以有效避免因为氯化氢气体过氯引起的安全事故发生，为企业高效稳定生产提供了保障。