氯氢处理工艺自动化控制改造与运行

第５３卷第２期　２０１７年２月　氯　碱　工　业　Ｃｈｌｏｒ—Ａｌｋａｌｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．５３，Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．，２０１７　

【氯氢处理】　

氯氢处理工艺自动化控制改造与运行　

刘姗　，苏发东，吴晓宁，马光飞　

（甘肃稀土新材料股份有限公司烧碱厂，甘肃白银７３０９２２）　

［关键词］氯氢处理；工艺优化；自动化　［摘要］通过对氯氢处理工艺系统进行自动化控制改造，氯氢压力、压差控制达到了离子膜电解槽稳定运行　的要求，在生产系统由于电网波动，和整流、氯气泵、氢气泵跳闸而应急安全停车时，确保离子膜系统、氯氢处理、液　

化处理及盐酸合成系统的安全高效平稳运行。　［中图分类号］ＴＱ０２８．２　［文献标志码］Ｂ　［文章编号］１００８—１３３Ｘ（２０１７）０２－００２１—０５　

Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　

ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

Ｌ／Ｕ　Ｓｈａｎ，ＳＵ　Ｆ口ｄ０ｎｇ，ＷＵ　Ｘｉａｏｎｉｎｇ，ＭＡ　Ｇｕａｎｆｆｅｉ　

（Ｃａｕｓｔｉｃ　Ｓｏｄａ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆ　Ｇａｎｓｕ　Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｎｅｗ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｉｙｉｎ　７３０９２２，Ｃｈｉｎａ）　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　

ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　

ｏｆ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｏｎ－ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｓｈｕｔ　

ｄｏｗｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄ，ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｒｉｐ—ｏｕｔ　ｏｆ　ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ａｎｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｒｉｐ—ｏｕｔ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｐｕｍｐ　ａｎｄ　

ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｕｍｐ，ｔｈｅ　ｓａｆｅ，ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｏｎ—ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，　

ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　

ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｅｎｓｕｒｅｄ．　

甘肃稀土新材料股份有限公司烧碱厂（以下简　

称“甘肃稀土”）建于１９８９年，主要生产液碱、盐酸　

及液氯３种产品，２０１　１年完成氯工程复极式高密度　

离子膜电解槽２万ｔ／ａ烧碱生产能力的升级改造工　

程。原氯、氢处理的压力调节远不能满足离子膜电　

解系统开停车及正常运行要求，手动调节氯氢压力　

波动大，无法保证离子膜电解槽压力压差，极易损害　

离子膜，也无法确保２万ｔ／ａ离子膜烧碱的安全高　

效平稳运行，所以对氯、氢处理系统进行自动化改造　

势在必行。　１氯气系统自动控制优化　

原氯气处理工艺流程是：电解湿氯气经氯水洗　

涤塔、一段及二段钛冷器、水雾捕集器之后，依次进　

入７５％、８５％及９５％浓酸干燥塔干燥，干燥后的氯　

气通过氯气泵加压输送，依次进入硫酸分离器、捕沫　

器、缓冲罐及分配台至用户。为确保电解槽氯气压　

力稳定，从分配台出来一部分氯气回流至泵前氯气　

总管。原氯气工艺流程图如图ｌ所示。　

［作者简介］刘姗（１９８６一），女，工程师，２００９毕业于西安科技大学化工学院化学与化工工艺专业，现于甘肃稀土新材　

料股份有限公司烧碱厂从事质量及工艺管理工作。　

［收稿日期］２０１６—０９—２５　

２１　氯　碱　工　业　２０１７．皋　

ｌ一氯气泵；２一汽液分离器；３一螺旋换热器；４一捕沫器；５一缓冲罐；６一分配台　图１原氯气输送工艺流程图　Ｆｉｇ．１　Ｏａ￣ｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｏｗ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　１．２氯气系统优化措施　

１．１原系统存在问题　针对上述问题，对氯气系统进行如下优化。　

１．１．１　氯气系统换酸操作，压力波动影响电解装置　１．２．１　增加氯气回流自控调节阀　

运行　在氯气分配台增加氯气回流自控调节阀，并根　

离子膜电解槽要求氯气总管压力在０—３　ｋＰａ，　据实际运行对阀门进行优化，将ＤＮ８０自控阀优化　

氯、氢总管压差在４．８—５．２　ｋＰａ，工艺采用从氯气处　为ＤＮ３２自控回流阀。氯气后系统输送压力在０．１１　

理分配台回流一定氯气量调节电解槽氯气压力，手　ＭＰａ以上，电解系统氯气总管压力不超过３　ｋＰａ，前　

动阀门调节频繁、滞后且不稳定，操作强度较大。换　后压力相差大。在使用ＤＮ８０回流调节阀过程中，　

泵酸或塔酸时，氯气压力波动，手动操作回流阀门，　发现阀门在开度很小的情况下，已出现前系统压力　

极易造成电解氯、氢压力同时频繁波动，氯氢压差不　明显升高，尤其是在氯气温度较高情况下，回流阀门　

稳，稍有不慎压力、压差极易达到电解槽氯氢总管压　开度在０％一５％之间很小范围，氯气干燥系统无法　

力连锁值而停车。　进行泵酸换酸操作，只有降电流后换泵酸。将原　

１．１．２氯气泵紧急跳停出现大负压极易损伤离子ＤＮ８０自控调节阀优化为ＤＮ３２阀门，在电流１８　ｋＡ　

膜　条件下运行，氯气泵前进口阀开度约为８０％，回流　

在生产实际中出现低压配电故障导致氯气泵故　阀门显示开度３０％～４０％，回流调节稳定，可进行　

障突然跳车，泵后氯气阀门及回流阀门未及时关闭，　正常换酸，前系统压力平稳。　

瞬间出现氯气后系统严重倒压，造成电解槽反向压　１．２．２设置双向连锁，确保系统安全平稳运行　

差，严重损伤电解槽离子膜。　为解决工艺运行中氯气泵紧急跳闸或电解整流　

１．１．３　外电网闪烁造成电解系统紧急停车造成氯　器紧急跳闸的被动生产状态，对氯气及整流器工艺　

气泄漏不安全事故　安全连锁进行优化。增加双向连锁，氯气泵停，连锁　

外电网闪烁引起电解整流器紧急跳闸，电解系　整流器停，全线连锁停车…；整流器或电解槽装置　

统氯氢总管自控阀紧急关闭，易造成氯气泵抽空力　工艺停车，连锁氯气泵停。通过工艺连锁优化后，紧　

较大。如果不及时打开现场对空阀，极易破坏设备　急停车状况下，电解氯氢压力、压差波动较为平稳，　

管线，严重时导致氯气泄漏，发生中毒事故。　通过运行证明确实对电解装置起到保护作用，减少　

２２　第２期　刘姗等：氯氢处理工艺自动化控制改造与运行　

氯气泄漏的不安全事故。　

１．２．３　氯气泵后增加自动切断阀　

如氯气泵紧急停车，自动切断阀连锁关闭，防止　

后系统倒压，避免电解系统出现反向压差。　

１．２．４　氯气分配台出口增加事故氯排放管线及阀　

门　

氯气分配台出口增加事故氯排放管线及阀门，　在事故状态或停车状况下可将氯气泵后续管线、设　

备内氯气排放至事故氯吸收装置，防止氯气系统憋　

压及氯气外泄事故发生。　

１．２．５氯气泵实现ＤＣＳ远程软控制　

氯气泵实现ＤＣＳ远程软控制启动，消除现场操　

作的不安全潜在因素，减轻岗位人员工作负担。　

改造后氯气处理工艺流程如图２所示。　

１一氯气泵；２一汽液分离器；３一螺旋换热器；４一捕沫器；５一缓冲罐；６一分配台　图２改造后氯气处理工艺流程图　Ｆｉｇ．２　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｏｗ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　２氢气系统优化完善　

从电解出来的高温湿氢气经洗涤塔后进入氢气　

泵依次进入氢气水雾捕集器、缓冲罐后，一部分进入　

阻火器输送至合成工序，一部分进入洗涤塔氢气总　

管，确保氢气系统压力稳定。　

原氢气系统存在以下问题。　

（１）氢气使用ＳＺ＿３型水环式泵输送，最大输　

送压力不超过０．０２　ＭＰａ　Ｊ，远不能满足正压式下点　

火自控合成炉氢气压力要求（氢气输送压力要求０．　

０３—０．０５　ＭＰａ）。　

（２）氢气处理系统采用氢气水封调节压力无法　

满足离子膜压力调节要求。　

（３盐酸合成系统发生紧急停车，操作不当易使　

氢气系统憋压或超出安全水封（１３．８８　ｋＰａ）瞬间泄　

压，出现电解大正压或大负压极端情况。　

针对氢气系统存在问题，进行如下自动化改造。　（１）将原有ｓｚ一３型氢气泵优化为２ＢＥ１—２５２　

型水环式真空泵，输送压力确保在３０～５０　ｋＰａ，并使　

用变频控制氢气泵开启及转速调节氢气输送压力，　

平稳氢气输送压力，确保生产系统安全、稳定，减轻　

岗位工人劳动强度。　

（２）泵后增加自动切断阀ＨＶ１７０４，并与氢气泵　

连锁，氢气泵停，切断阀自动关闭，解决氢气泵跳车，　

氢气倒压问题；增加整流器停，氢气泵连锁工艺保护　

装置；增加氯气泵、氢气泵及整流器跳闸，合成炉紧　急连锁急停，确保生产系统安全。　

（３）在氢气分配总管增加ＮＤ３２氢气回流自控　

调节阀ＰＩＣＶ１７０５，确保电解系统氯氢压力、压差稳　定。　

（４）氢气系统增加紧急排放阀ＰＩＣＶ１７０７（最大　

排放压力５２　ｋＰａ），出现合成炉紧急灭炉造成氢气　

系统憋压，可直接通过调节该阀门开度排放适量氢　

２３　氯　碱　工　业　２０１７血　

气，确保电解系统及氢气系统压力稳定。　氯氢安全连锁逻辑图如图４所示。　

改造后氢气输送工艺流程如图３所示，改造后　

整流器　

ｌ＃皇§气泵　２＃氢气泵　

整流器　ｌ～氯气泵；２一汽液分离器；３一螺旋换热器；４一捕沫器；５一缓冲罐；６一分配台　图３改造后氢气输送工艺流程图　

ＥＶ１７０３—１　ＫＶ１７０３—２　ＰＩＣＶ１７Ｏ３　事故氯ＩＷ０２０１　合成炉停信号１　整流器　１＃氯气泵　２＃氧气泵　１＃氢气泵　２＃氢气泵　

ＫＶｌ７Ｏ４Ａ　ＫＶ１７０４Ｂ　ＰＩＣＶ１７Ｏ４　氢气站声光报警　合成炉停　合成炉信号２　氓　

ＫＶＩ７０３－１　ＫＶ１７０３－２　ＰＩＣＶｌ７０３　事故￣ＷｊＩＶ０２０１　合成炉停　整流器３　

图４改造后氯氢安全连锁逻辑图　Ｆｉｇ．４　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｉｏｇｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ　ｉｎ￣ｒｌｏｃｋ　ｆｏｒ　ｃｈｌｏｒｉｎｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　３　改造完成后工艺操作注意事项　便，大大减轻岗位人员操作劳动强度及危险性。改　

氯氢系统自动化升级改造后，通过近年来实践　造之后，氯气及氢气泵关键设备倒用操作注意事项　

证明，电解系统氯氢压力、压差较为稳定，且操作方　如下。　

２４　一