液氯充装过程实现自动化控制

2022-12-18唐继平

氯碱工业 2022年10期

唐继平

(石河子天域新实化工有限公司，新疆石河子832000)

1 液氯充装工艺流程简述

石河子天域新实化工有限公司(简称“天域新实化工”)始建于2004年，设计总规模为24万t/a聚氯乙烯树脂，配套18万t/a离子膜法烧碱，副产液氯5 kt/a，液氯是氯碱生产的主要产品之一，广泛应用于工业生产中，属于剧毒危险化学品。为便于运输和储存，液氯充装是不可缺少的生产工序，但在液氯充装过程中，存在泄漏、爆炸、中毒等危害。国内目前采用的充装技术主要是液下泵输送，人工现场包装。因此，液氯充装逐步向自动化控制方向发展，采取合理有效的液氯充装工艺十分重要，可以保证正常操作时无泄漏，出现氯气泄漏时能及时将氯气进行无害化处理，保证人的生命安全。

干燥氯气进入氯气冷凝器，在冷凝器中与冷冻机输送过来的制冷剂进行间接换热，氯气被降温液化，液氯通过气液分离器下部经液封进入液氯储槽，经由液氯储槽下部的阀门、管道、管道过滤器，液氯进入液氯充装中间罐。中间罐底部比液氯储槽底部低约900 mm。中间罐上部的气相空间有氯气平衡管与液氯储槽相通，液下泵的机械密封上下有两道干燥氮气或空气做密封气，作用是防止氯气外漏和减少轴承、轴套与轴的摩擦。液氯在液氯泵通过四个叶轮的四级增压，达到充装压力，通过自动控制系统装入钢瓶。充装时产生的废气用次氯酸钠生产系统通过抽空分配台抽真空，抽出氯气用循环碱液吸收生产次氯酸钠。

液氯充装工艺流程如图1所示。

图1 液氯自动充装工艺流程图Fig.1 Automatic liquid chlorine filling process flow

2 液氯充装系统

液氯充装系统分为手动充装、半自动充装、全自动充装系统。

2.1 手动充装系统

充装时，手动打开钢瓶瓶阀，打开氯气抽空阀，记录钢瓶的皮重并试漏确认无异常后，待抽除瓶内压力及余氯后，关闭抽空阀，打开液氯充装阀，进行自动充装。当充装到规定数量时，关闭液氯的充装阀及钢瓶瓶阀，打开氯气抽空阀，抽除对接铜管内的余氯。查看抽空管线的负压情况，如果是负压，卸下对接铜管，进行称装复称。

2.2 半自动充装系统

在显示屏点开半自动充装按钮，开始充装时，手动打开钢瓶瓶阀，在充装显示屏上打开氯气抽空阀，待抽除瓶内压力及余氯后，设定的抽空时间到了后，抽空阀自动关闭，在充装显示屏上打开液氯充装阀，进行自动充装。充装到规定数量时，应先手动关闭液氯的充装阀及钢瓶瓶阀，在充装显示屏手动打开氯气抽空阀，抽除对接铜管内的余氯。查看抽空管线的负压情况，如果是负压，卸下对接铜管，进行称装复称。

2.3 全自动充装系统

2.3.1 液氯钢瓶自动充装

在显示屏点开自动充装按钮，将本厂有电子标签的钢瓶放在电子秤上并接好充装管，打开扫描枪，选择充装复秤(本厂有标签瓶)，输入两位秤号及充装人编号，扫描充装秤上的钢瓶电子标签，验证正确后自动打开阀门充装，电脑则会显示如图2所示信息。现场充装时系统会闪烁绿灯报警，充入80%时会黄色闪烁预报警启动，90%时是红色闪烁报警，达到目标值时气动阀自动断开，将充装管通过自动抽空系统抽空充装管内残余液氯，断开充装管，将钢瓶移走。充装下一瓶。

图2 液氯自动充装系统Fig.2 Automatic liquid chlorine filling system

自动复秤操作过程和充装过程大体相同，不同点是复秤不需要接充装管路，系统会根据配置自动判断是充装还是复秤。误差在充装设定允许范围内(1 000±5) kg则完成复秤。

2.3.2 槽车自动充装

在显示屏点开自动充装按钮，正确连接装卸臂与承压罐车的液相管和气相管，首先装好气相管，开启装卸臂与承压罐车上的气相阀和紧急切断阀，然后安装液相管，打开承压罐车上的紧急切断阀，打开抽空阀，对罐车进行抽空，抽空后，关闭抽空阀，开启充装阀进行充装，充装量符合要求后，依次关闭装卸臂上抽空阀和承压罐车上的液相充装阀，开启装卸臂上抽空阀进行抽空，抽空结束后，卸下液相管和气相管，充装结束。槽车自动充装系统在连接管线后可实现远程控制。

2.3.3 液氯储槽自动切断

液氯储槽是储存液氯的固定式压力容器，监视控制部分利用计算机控制，控制部分配备UPS电源、通过编程的软件实现设备信号传输，每个储槽液位、压力、温度、液氯泵状态、停止、有毒有害气体探头等设备数据远传显示，与生产充装系统过程形成因果条件，实现逻辑联锁控制。液氯储槽进出口不仅设有DCS紧急切断阀与液位联锁，达到联锁值自动切断，还设置了安全仪表系统(SIS)。有雷达液位计和射频导纳液位计与SIS系统联锁，当任何一个液位显示值超过80%时都会紧急切断。此系统的设置保证了液氯储槽液体泄漏时能及时与其他系统断开，确保系统安全。

2.3.4 密闭采样系统

此系统的优点在于系统取样过程中始终处于全密闭，氯气不会外逸，既保护了环境，又保证了人员身体健康。密闭取样系统流程图见图3。

图3 密闭取样系统流程图Fig.3 Process flow of closed sampling system

密闭取样系统操作步骤如下。

(1)采样前确认所有阀门处于关闭状态。

(2)安装好钢瓶后连接金属软管，打开钢瓶两端阀门2、阀门3和蒸汽出入口阀门。

(3)打开气源开关，启动增压泵，打开阀1，采样阀开关调至“采样”，打开阀4使介质循环一段时间后钢瓶充满新鲜样品。

(4)依次关闭阀3、2、1，把采样阀开关调至“抽空”，介质经出口去生产次氯酸钠，待压力表值稳定后，关闭阀4、采样阀、气源开关。

(5)取样完毕后，脱下金属软管，取下钢瓶，金属软管接头与固定端接头闭合，完成取样。

2.3.5 事故处理系统

液氯储槽液氯泄漏后，泄漏后的液氯经碱液喷淋设施喷淋吸收，吸收后的碱液经地沟槽流入事故池收集。碱液吸收不完全的气体经现场抽气软管抽至次氯酸钠生产系统，循环碱液吸收氯气生产次氯酸钠。此事故处理系统采用全自动控制系统，一旦氯气泄漏空间质量浓度超过1 mg/m3，有毒气体报警探头检测到泄漏源，则有毒气体报警探头联锁抽空阀自动打开抽空，同时总控室操作人员启动事故喷淋泵，碱液从喷头喷出吸收氯气，此系统从液体、气体两相进行吸收处理，能快速降低空气中氯气含量。

3 全自动控制的优点

液氯是剧毒化学品，采用常规手动充装系统，需要充装工现场操作，充装工不得离开现场，一旦人员操作失误或者设备工艺故障，会对人员生命造成威胁。

本次全自动充装系统的改造，采用自动智能充装及智能管理系统技术，能有效降低人身伤害事故的发生。正常充装时，液氯充装系统设置有预警系统，达到规定值会提前预警，达到规定充装量时，会联锁自动切断充装阀门。设备管线氯气泄漏后，氯气空间质量浓度超过1 mg/m3时，现场有毒气体检测仪会检测到氯气泄漏并报警，达到设定报警值高报2.5 mg/m3，系统会联锁氯气抽空阀门打开，液氯充装阀门关闭，事故碱液喷淋系统远程启动喷淋碱液。此过程人员无需现场近距离操作。项目建成后，形成5 kt/a液氯产能，充装速度1.5 t/h，生产过程采用全智能充装系统及信息综合管理，钢瓶充装质量严格控制在(1 000±5) kg，中间罐液位控制在20% ～60%，低于20%联锁停泵，高于60%时联锁关闭进口阀门，能最大限度降低危险事故的发生。