氯碱产品电解工艺安全仪表的选取方法

氯碱产品电解工艺安全仪表的选取方法

刘延龙

陕西金泰氯碱化工有限公司  陕西，榆林市  179000  610602199207102419

【摘要】氯碱工业作为我国最基本的化工类行业，其产品具有极广泛的应用价值。它可以被应用于纺织、轻工、石化、化工、冶金等公用事业之中。工业氯碱产品电解工艺的科学应用，能够为氯碱行业带来更大的经济效益。本文以氯碱产品电解工艺安全仪表的选取作为主要研究对象，通过工艺提升、工程设计等角度，对氯碱产品安全仪表的选取提出针对性的控制方案，以供氯碱行业相关技术人员参考。

【关键词】电解工艺；氯碱工业；安全仪表；经济效益

0 引言

从工业生产的角度来看，氯碱工业指的是利用产业化加工生产的方式，将饱和氯化钠（NaCl）溶液电解[1]，用以制取NaOH、Cl2和H2，并将这些化合反应物作为原材料，进一步进行相关化工产品的生产与加工。因此，从应用领域上来说，氯碱工业具有着广泛的实践化应用与发展空间。与此同时，信息化时代的发展，带来了各行各业的智能化与数据化，氯碱产品的电解工艺离不开安全仪表的科学、合理利用。为了能够进一步提升氯碱产品的加工工艺，提高氯碱产品的生产质量，强化氯碱产品生产的安全系数，对其安全仪表进行针对性地选取，对氯碱行业的进步与发展，具有重要的意义与价值。

1氯碱产品电解工艺原理

1.1 氯碱产品的电解化学反应原理

氯碱企业的产业化生产加工过程中，以氯化钠溶液（饱和）作为原材料，并通过电解工艺来进行氯碱产品的生产与加工[2]。从具体的氯碱产品化学反应原理来说，其主要对应的阳极化学反应离子式为：

阳极反应（氧化反应）：2Cl--2e-=Cl2↑

在电解反应中，由于H+比Na+更活跃，更容易得到电子，使得H+不断经过阴极获得电子，并在化学反应中被还原为氢原子，进而结合成氢分子（H+—H—H2），使H+以气体的形式从阴极释放。其对应的阴极化学反应离子式为：

阴极反应（还原反应）：2H++2e-=H2↑

因此，可以推导出氯碱产品的电解方程式为：

2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑

1.2 氯碱产品企业生产电解装置

在当前的氯碱产品生产企业中，主要采用的电解装置主要来自于三个产地，分别为：1）德国伍德公司生产的电解装置；2）日本氯工程（CEC）公司生产的电解装置；3）我国南化机电公司生产的电解装置。为了能够更好地适应企业自身氯碱产品生产，本文采用第三种电解装置，并对该电解装置进行了一定的改良，并使其形成了具有自动控制“检测点”的特点。对检测点的设置主要包括对进料检测、氯气压力检测、氢气压力检测、单元槽检测等，如表1所示：

表1 氯碱产品企业电解装置自动控制检测点的设置

在设置完成自动控制检测点后，为这些检测点设置关联关系。其中，为电解液温度控制检测点设置了远传温度控制蒸汽温度变送器；返槽淡盐水流量控制检测点设置返槽淡盐水远传流量计；为氢气、氯气总管设置压力调节变送器；为阳极液、阴极液设置远传液位变送器等。并为电解槽设置停车联锁控制，确保电解槽能够在特定情况下执行紧急停车程序，并为相关气体吸收塔与防控管设置安全措施，以保证整个生产流程的安全性、可靠性与可控性。

2电解工艺安全仪表的选取

在《烧碱装置安全设计规范》中明确指出，工业生产的“氯碱电解工艺”需要在设计规范方面，重点监控多项参数[3]，将与相关参数罗列起来，与仪表有关的控制要素共计包含11个。本文针对相关控制要素，进行重要要素、有效要素的选择，并采用HAZOP分析方法，对工业生产氯碱电解反应潜在的危险与可能导致的不良后果进行深入探究后，进一步根据氯气泄漏问题、电解液腐蚀性问题、离子膜超压问题、离子膜气体混合问题、氢气含量超标问题等一系列电解工艺能够带来的危险性问题，进行再次深入分析与研究，最终设定安全仪表的关键性控制要素包括：1）高压情况下电解槽开关跳闸；2）氯气、氢气总管压力控制；3）氯气、氢气总管压差控制。针对安全仪表的完整性等级进行电解工序分析后，将SLI仪表定级最高定级为SLI1级，SL2仪表定级最高定级为SLI2级。采用SLI1级认证仪表2支对电解装置进行氯气总管、氢气总管远传压力计装置增设（各一支）；同时，因为改进的电解装置经干管接入总管，所以需要为干管设置调节阀，分别为氢气、氯气干管增设调节阀与切断阀，并安置SIL1认证仪表2只，如此就可以将故障的电解槽迅速隔离。另外，针对突发事件的停车处理，需要考虑到氯气的收集与氢气的放散处理，所以对阴极室、阳极室进行SIL1认证仪表安置，安置地点为置换气体管上的紧急置换的阀门。在安全仪表的保护作用下，一旦电解槽停止工作，则能够及时对故障电解槽进行隔离，并能够迅速置换故障电解槽阴极室、阳极室，保障电解工艺的加工生产安全性与可靠性。

3 安全仪表关联逻辑的设计

在氯碱产品的电解化学反应过程中，为了能保障进电解装置的高效、安全工作，需要为相关元器件设备安装安全仪表[4]，并以关联逻辑的方式，为相关仪表建立良好的关联关系。这样，当有一个仪表出现问题时，就可以通过远传方式，进行设备的有效管理。其中，主要建立的关联关系逻辑为：1）氯气总管压力高时，远传关联逻辑为“高”；2）氢气总管压力高时，远传关联逻辑为“高”；3）氢气、氯气总管压力压差高时，远传关联逻辑为“高”；当出现任意一种压差高情况（上述），执行停车动作。停车动作的关联逻辑设计为：1）跳闸总系统高压开关；2）关闭氯气、氢气干管的压力切断阀；3）开启阳极充、阴极充N2置换阀。

4 结论

在工业氯碱工艺的生产线上，电解工艺安全仪表的选取对整个电解系统而言，具有重要的安全性作用[4]。在实践化的电解装备改进过程中，需要根据电解反应原理，进行安全仪表关键性控制要素的选择，并合理设置安全仪表关联逻辑。安全仪表的选取，能够为氯碱化工企业的安全生产带来更大的技术保障，并能够为工作人员的设备检测带来更大的方便。

参考文献

[1]胡菊忠.氯碱厂电解工艺电耗分析及降耗措施[J].化工管理,2019(30):171-172.

[2]氯碱电解工艺的节能措施[J].氯碱工业,1980(06):66-67.

[3]邱会静. 氯碱厂电解装置废水工艺改造及废水回收利用[D].北京化工大学,2015.

[4]张颖,郭全保,郝东升,何润霞.氯碱厂电解工艺电耗分析及降耗措施[J].节能技术,2003(01):21-26.