氯乙烯气柜系统安全升级改造分析

梁爱华

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山063305）

1 改造背景

唐山三友氯碱有限责任公司（以下简称“氯碱公司”）现有烧碱产能53万t/a，PVC 43.5万t/a、专用树脂7万t/a。共有单节湿式氯乙烯气柜3台：老厂区2台，容积1 500 m3；糊树脂厂区1台，容积1 000 m3。近些年，国内外出现了几起因氯乙烯气柜各方面不良因素造成的重大安全事故，造成的经济损失严重，社会影响恶劣[1]。为此，应急管理部和氯碱行业不断加强氯乙烯气柜的安全管理工作[2]，彻底排查氯乙烯气柜的安全风险，进一步升级安全措施，切实提高氯乙烯气柜运行的安全等级，降低安全风险，杜绝事故的发生。

氯碱公司从氯乙烯气柜运行本质安全的角度，协同资质单位，对工艺装置和设施的危险与可操作性进行深入分析，寻求提升氯乙烯气柜运行更安全更可靠的改造措施。分析过程分为危险与可操作性分析及保护层分析[3]，范围主要是根据与现场和实际情况保持一致的氯乙烯气柜装置管道及仪表流程图和操作规程，识别出工艺流程中可能存在的设计缺陷、设备和仪表故障、人员操作失误等可能带来的各种后果；提出控制或降低风险以及改善工艺系统可操作性的措施[4]。

2 工艺流程分析及改造

氯乙烯气柜设备钟罩是一个有拱顶的底面敞开的圆筒形结构，在水槽和钟罩之间有水形成水封。气体管道穿过水槽中的水进入钟罩，实现气体的输入或输出。钟罩和水槽间用水封实现密封，当机前压力高向气柜送气体时，钟罩上升；当机前压力低，由气柜向外送气体时，钟罩下降；钟罩依靠导轨保证升降平稳[5]。因氯碱公司两个厂区聚氯乙烯生产工艺主流程有所差别，氯乙烯气柜的工艺流程有所不同。下面用A型氯乙烯气柜和B型氯乙烯气柜来表示不同工艺下的氯乙烯气柜。

2.1 A型氯乙烯气柜

工艺流程：A型气柜为2台，属于开1备1，2台气柜间有联通，可实现就地和远程切换。A型气柜为单管气柜，即进气和出气为同一条管线，氯乙烯自压缩机机前总管与气柜进出气管道联通，同时与精馏工序置换平衡管道联通，来自聚合一二三期的回收管线和各类型单体储罐的安全阀泄放氯乙烯气也同样并入气柜进出气管道。当氯乙烯压缩机抽量相对较低时，转化多余氯乙烯气体进入氯乙烯气柜中；当氯乙烯压缩机抽量相对较高时，氯乙烯气柜内的氯乙烯对压缩机前进行补充，氯乙烯气柜起到平衡生产系统气量的作用，使精馏系统操作稳定，同时确保压缩机前的正压。A型气柜流程简图见图1。

图1 A型气柜简易流程

风险分析：当上游生产波动排气量增大、操作不当导致气体管线积液，压缩机抽气不顺畅，气柜出气量减少时，氯乙烯气柜的柜位升高，气体从气柜安全放空管放空；当气柜导轨卡顿，一方面会造成系统超压VCM会大量释放至环境，另一方面可能会造成系统超负压，气柜设备抽瘪VCM泄漏。以上情况均可能会造成物料损失和人员中毒，若遇明火则引起火灾、爆炸等危险情况。虽然现有气柜中设有DCS双柜位高报警，操作人员可手动切换备用气柜；双柜位低报警设置有DCS自动打开补氮切断阀环节负压情况，但严重情况下，切换气柜不及时或系统异常波动，备用气柜也可能失效，无法有效避免事故的发生。

安全升级改造：通过风险矩阵对照风险等级和后果等级定量计算[6]，现氯乙烯气柜处于高风险运行状况，为将氯乙烯气柜运行风险降低至低风险，故本次改造增加了2套A型氯乙烯气柜的保护层，即两个互备气柜均增加3个SIL2等级的远传柜位计，同时在2个气柜进出气管线上增加一个SIS切断阀，设置新增远传液位计三选二高报警时，切断气柜新增SIS切断阀，同时切断VCM转化系统乙炔、氯化氢管线SIS切断阀，关闭VCM压缩机，SIS信号传至DCS，DCS联锁切断聚合回收管线自动阀。与此同时，因单体储槽的液态单体在火灾等事故状态下，安全阀泄放量极大，为避免造成气柜次生危险，本次改造将含有大量液态单体的储槽安全阀泄放管线从进气柜改为就地放空，此外，为精馏系统增加SIS切断功能，避免精馏塔出现大量泄放的情况。

2.2 B型氯乙烯气柜

工艺流程：B型气柜为1台，属于单运行系统。B型气柜为双管气柜，即进气和出气为不同管线，来气主要是ABCD线糊树脂聚合回收单体，储槽类安全阀泄放单体，以及变压吸附解吸回收的单体；出气则进入水环压缩机加压、冷凝器冷却后送至精馏工序。B型氯乙烯气柜的作用与A型类似，起到缓冲和平衡生产系统气量的作用。B型气柜流程简图见图2。

图2 B型气柜流程简图

风险分析：当上游生产波动排气量增大、操作不当导致气体管线积液，压缩故障，气柜出气量减少时，氯乙烯气柜的柜位会升高，气体从气柜安全放空管放空；当气柜导轨卡顿或操作系统异常时，一方面会造成系统超压VCM会大量释放至环境，另一方面可能会造成系统超负压，气柜设备抽瘪VCM泄漏。以上情况均可能会造成物料损失和人员中毒，若遇明火则引起火灾、爆炸等危险情况。虽然现有气柜中设有DCS双柜位高报警，DCS联锁关闭气柜进口切断阀可及时停来气，同时压缩机能力为1 000 m3/h，聚合釜每釜回收量为8 h，800 m3，压缩机的能力大于来气量，且有热备机，同时压缩机故障DCS可远程一键启动热备机，现有措施可及时降低事故发生的概率，但严重情况下，如果操作人员响应不及时，仍然无法有效避免事故的发生。

安全升级改造：通过风险矩阵对照风险等级和后果等级，现B型氯乙烯气柜处于高风险运行状况，为了将氯乙烯气柜运行风险降低至低风险，故本次改造增加了1套B型氯乙烯气柜的保护层，即气柜增加3个SIL2等级的远传柜位计，同时在2个气柜2个主路进气管线上分别增加1个SIS切断阀，出气管线上增加1个SIS切断阀，设置新增远传液位计三选二高报警时，切断气柜3个SIS切断阀。与此同时，因进B型气柜的安全阀泄放总管线中存在球罐安全阀、粗单体槽、鲜单体槽、釜外回收至气柜安全阀泄放管，因此类存放大量液态单体，在火灾事故情况下，VCM会大量释放，气柜无法承受释放量，为避免造成气柜出现次生危害，本次改造将含有大量液态单体的储槽安全阀泄放管线从进气柜改为就地放空。

3 结语

通过对氯乙烯气柜的工艺、控制及操作的综合危险与可操作性分析，对氯乙烯气柜提出了增加紧急切断装置（SIS系统）的安全建议，增加一个远传柜位指示，高高联锁关闭进出气管线的SIS切断阀。除此以外，技术分析团队还对气柜的水封增加DCS远传温度计和远传液位计，设置温度低报警，对氯乙烯气柜出现水封液位不足和水封冻冰的情况提出建议措施，降低了因水封不足造成氯乙烯气柜泄漏的风险。以上安全措施在系统停车检修间均已完成全部施工，现已顺利安全投入使用，为氯乙烯气柜系统的持续运行提供安全保障。此外，氯碱公司还在不断挖掘和探索各种辅助检测措施，避免氯乙烯气柜设备本体造成危险事故，切实提升整个氯碱生产系统的安全性能，不断推进氯碱公司向安全、持续、健康的方向发展。