烧碱生产装置自动控制改造

李凌云

(唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山 063305)

唐山三友氯碱有限责任公司(以下简称“三友氯碱”)立足本质安全，针对烧碱生产中自动化水平不足的工艺部分，通过技术人员的多年持续努力付出，不断完善工艺流程和仪表程序设计，开创了安全生产工作新局面。

1 电解装置氯气、氢气总管压力控制的改进

在离子膜法制烧碱工艺中，离子膜是电解系统的核心元素，流程中设计的所有仪表控制点和联锁保护设置的出发点都是为了保护离子膜不受损害。原有装置为保证烧碱系统稳定，在联锁保护项目上电解装置氯气、氢气总管压力只采用单一控制点作为系统联锁项，在仪表控制上同样采用了单个阀门作为系统稳压装置的保护，仪表故障失真或断线时极易造成系统不稳定。

为解决上述问题，三友氯碱提出对电解装置氯气、氢气管道流程进行修改，增设仪表点和阀门控制，并修改联锁控制，保证离子膜和生产安全。修改联锁为：氯气、氢气管道上任意两块压力表达到高高值，即联锁系统停车。改进后的工艺流程如图1所示，联锁逻辑图如图2所示。

图1 电解系统自动控制工艺流程示意图Fig.1 Automatic control process flow of electrolysis system

图2 氯气、氢气总管压力控制逻辑图Fig.2 Logic diagram of control of chlorine main pipepressure and hydrogen main pipe pressure

2 冷凝酸中间槽液体排放自动控制

原氯化氢合成装置采用纯手动操作，都是多台设备并列运行，岗位人员进出现场频繁。在长周期运行中，难免出现突发问题或人为操作事故，造成工艺指标偏离，影响装置安全稳定运行(严重的氯化氢过氯事故会引发在氯乙烯合成的混合器处剧烈放热爆炸)，因此，三友氯碱采用了多重措施提升氯化氢合成工序自动化控制程度，减少现场和主控人员操作频次。

合成炉是氯化氢合成工序的关键设备，氯气、氢气在合成炉内燃烧化合后经合成炉本体冷却段冷却至一定温度后送至下游工序制取氯乙烯或直接制备一定浓度的盐酸。氯化氢温度降低会产生一定量的冷凝酸，该冷凝酸排入中间槽后再排至酸罐。三友氯碱合成炉冷凝酸中间槽液位控制由主控人员打开(关闭)切断阀调节，虽减轻现场人员的劳动强度，但增加主控人员的工作量。同时，由于冷凝酸罐排液管线受高度限制，无法在合成炉制酸等低压力情况下排酸，还存在反向串酸的风险。为提高装置安全稳定性，减少人为操作误差，三友氯碱自主研发了冷凝酸中间槽液体排放程序。程序设置包括如下内容。①设置手动/自动状态转换，设置液位高低限，高液位打开，低液位关闭，高低液位限制可调整，设置排酸按钮。②设置压力限制条件，压力低于设定值，切断阀不打开，压力限制值可调整和解除限制。③当液位达到高限时，弹出控制面板，控制面板上设置手动/自动控制选择开关，显示液位、阀门开关状态。若为自动状态，则阀门自行打开，液位降至一定值后，自动执行阀门关闭程序；若为手动状态，则阀门等待打开。④合成炉在灭炉状态下液位不执行自动控制，允许手动开关，合成炉灭炉状态以氢气、氯气切断阀同时关闭为判断依据。

3 氯氢处理工序氢气总管压力的联锁控制

氢气压缩机是氯氢处理工序氢气系统核心转动设备。氢气是易燃易爆气体，氢气在空气中的爆炸极限为4.1%～74.2%，当氢气系统出现负压，空气进入氢气系统，易造成安全事故，因此必须保证氢气系统正压。当氢气系统负压时，为保证安全，必须及时停止氢气压缩机运行。

原有装置为保证烧碱系统稳定，氢气总管压力采用了单一控制点作为系统联锁项，仪表故障失真或断线时极易造成系统不稳定。为解决上述问题，三友氯碱修改了原联锁保护程序，增设仪表联锁点，实现双重仪表点联锁控制。修改联锁程序为：氢气总管压力表和氢气压缩机进口压力表同时达到低低值，氢气压缩机停机，系统停车。改造后氢气压缩机联锁逻辑图如图3所示。

图3 改造后氢气压缩机联锁逻辑图Fig.3 Logic diagram of hydrogen compressor interlocking after transformation

4 次氯酸钠生产管线上安装电导率和游离氯监测装置

电解工序产生的等体积的氢气和氯气进入氯氢处理工序，经过氯氢处理工序处理后的原料氢气少部分放空，其余部分进入合成炉制备氯化氢气体。在制备氯化氢过程中，因氢气过量，使得电解产生的等体积的氯气有一部分未被使用，为平衡此部分氯气，该公司一部分氯气进入液化机组制备液氯，另一部分氯气用于制备次氯酸钠。

为保证氯气不外逸至大气中，三友氯碱技术人员在次氯酸钠生产管线上安装电导率和游离氯监测装置，并将监测数据引至DCS，根据生产次氯酸钠过程中电导率和ORP的变化范围，总结规律，完善现有程序控制，减少装置跑氯事故。设置内容如下：①设置电导率低限值，ORP高限值，高低限值可调整和解除限制；②单套次氯酸钠装置采用2个碱液循环罐，设置电导率或ORP任意一个条件达到限制条件，执行碱液循环罐切换操作；③碱液循环罐切换操作执行200 min内不允许再次切换，避免重复切换操作。

5 其他

为了保证烧碱系统停车安全，三友氯碱设置了多重保护措施，尽可能避免事故发生。尤其当系统停车时，极易发生次生事故，为保证装置的安全运行，原生产装置设置了如下联锁：烧碱装置系统停车时，联锁进合成炉的氢气和氯气切断阀关闭，氯气分配台去废氯气系统阀门全开，氢气分配台压力根据氯气分配台压力串级调节。

在实际运行中，系统停车时氢气分配台压力均为人工控制调节，氢气分配台压力调节不及时，当系统停车后，进氯氢工序氢气切断阀关闭过慢，会造成氢气从分配台反串回氢气总管，使电解工序离子膜两侧大正压，影响离子膜使用寿命。为避免生产事故的发生，三友氯碱优化了控制方案：当系统停车后，发出脉冲信号，使氢气分配台放空自控阀设定压力自动变为0.03 MPa，阀门打至自动，实现自动泄压。

6 结语

三友氯碱对自动控制进行改造后，提升了生产装置的安全系数，有效减少了人为操作失误或设备突发故障引发的安全事故，增强了生产装置的运行稳定性。