李爱军，白静，靳宝宝

(陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西 榆林 719319)

陕西北元化工集团股份有限公司(以下简称“北元化工”)一期、二期离子膜烧碱装置各配备12台电解槽，分别于2010年、2012年投产。近年来，安全生产形势日益严峻，特别是最近两年，国内危险化学品企业相继发生多起安全事故。因此，国家对危险化学品生产企业提出了更高的安全要求。北元化工立足于企业自身安全发展，于2019年6月分别在离子膜电解槽装置配备了安全仪表系统，为生产系统安全稳定运行提供了可靠保障。

1 工艺流程

精制后的二次盐水从阳极高位槽流出，循环碱液从阴极高位槽流出，经过进槽盐水流量调节阀、进槽阴极流量调节阀调节流量后，进入电解槽。在电解过程中，阳极侧Cl-失去电子生成Cl2，阴极侧H2O得到电子生成H2与OH-，少量OH-通过离子膜由阴极室反渗透至阳极室，质量分数18%的盐酸通过自控阀调节流量后连续加入阳极室以中和反渗透过来的OH-，控制出槽阳极液pH值在3.5～5.5。电解阳极产生的氯气进入氯气洗涤塔，通过循环降温、洗涤除去氯气中大量水分、盐雾后，进入钛管冷却器；钛管冷却器出口氯气温度控制在(14±2) ℃后，进入水雾捕集器进一步除去水分，经氯气调节阀送至氯氢处理工序；产生的淡盐水加入质量分数18%的盐酸酸化后，经过脱氯塔物理脱氯与加入亚硫酸钠化学脱氯除去游离氯后送至一次盐水工序。阴极产生的氢气进入氢气总管送至氯化氢工序，阴极液中掺杂的部分氢气经氢气分离器进一步分离回收后并入氢气总管；产生的阴极液一部分经阴极液泵打入阴极高位槽供电解槽循环，剩余部分送至蒸发罐区[1]。

2 安全仪表系统

2.1 安全仪表系统构成及功能

安全仪表系统(以下简称SIS)由传感器、逻辑运算器、最终执行元件和电源等构成，用于当工艺系统参数超越预定的正常工况时，发出报警信息或直接执行预定程序，防止事故的发生或降低事故带来的危害及其影响。

2.2 安全仪表系统的实施

采用危险和可操作性研究方法(HAZOP)，识别出新扩建项目或已投产项目在设计过程中所涉及工艺流程、相关设备的危险事件及导致事件顺序的潜在危险；通过对辨识出的危险进行定量分析，确定所需SIF回路的SIL等级要求；编制安全要求规格书，将输入、输出、逻辑功能以及SIL等级整理成技术文件，然后通过对安全要求规格书进行SIS设计、逻辑控制器的硬件集成和软件组态、安装和调试；进入日常运行、维护、修改、变更及旁路管理。

3 离子膜电解槽安全联锁

3.1 离子膜电解槽单槽安全联锁

离子膜烧碱装置正常生产过程中，精制盐水从精盐水高位槽流出，阴极液从阴极高位槽流出，经过进槽盐水调节阀、进槽碱液调节阀调节后进入电解槽。在此过程中，若进电解槽阴、阳极液的流量过少，电解槽单元槽液位下降,离子膜干烧着火爆炸，会造成人员伤亡,设备损坏[2]。因此北元化工对24台电解槽分别配备了如下安全联锁：当进槽精盐水流量(1台测量仪表，当这台仪表检测值小于设定值时，触发联锁。简称“一选一”)低低、进槽碱液流量(一选一)低低，联锁单槽整流柜控制器跳闸。

当离子膜电解槽阴、阳极压力过高时，会造成离子膜机械损伤，局部出现撕裂或强度降低，阴极侧氢气进入阳极侧，导致氯内含氢量升高，严重时会发生着火爆炸事故。为防止此类恶性事故发生，北元化工对24台电解槽分别配备如下安全联锁：当阴极压力(一选一)高高或阳极压力(一选一)高高时，联锁单槽整流柜控制器跳闸。

当离子膜电解槽槽温过高时，会造成离子膜分层起泡，严重时使离子膜产生针孔，阴极侧的氢气进入阳极侧，导致氯内含氢量升高，严重时会发生着火爆炸。为防止此类恶性事故发生，北元化工对24台电解槽分别配备如下安全联锁：当槽温(一选一)高高，联锁单槽整流柜控制器跳闸。

同时设置安全联锁紧急停车事故操作盘。当单槽发生紧急状况时，操作人员可按下单槽急停按钮，通过SIS直接切断该台电解槽的整流供电。

离子膜电解槽单槽安全联锁逻辑如图1所示。

图1 离子膜电解槽单槽安全联锁逻辑图

3.2 离子膜电解槽单线安全联锁

北元化工离子膜烧碱装置正常生产过程中，精盐水高位槽、阴极液高位槽始终保持溢流状态，防止进槽阴、阳极流量过低，造成电解槽单元槽液位下降而使离子膜干烧，甚至着火爆炸。为防止离子膜液位过低，北元化工对A、B、C、D 4条线离子膜电解装置分别配备了安全联锁。当精盐水高位槽液位(一选一)低低、阴极液高位槽液位(一选一)低低时，联锁单线整流柜控制器跳闸。

由于氯气总管压力过高，超出管道的耐压程度后，会造成氯气泄漏，污染环境，严重时会造成人员中毒伤亡。因此，北元化工对4条线离子膜电解装置分别配备如下安全联锁：当氯气总管压力(三选二)高高时，联锁单线整流柜控制器跳闸。

同时设置SIS紧急停车事故操作盘，当发生紧急状况时，操作人员可按下急停按钮，通过SIS直接切断单条线整流供电。

离子膜电解槽单线安全联锁逻辑如图2所示。

4 应用效果

北元化工离子膜电解槽装置自2019年6月配备安全仪表系统以来，安全仪表系统运行稳定，能够在生产系统出现异常状况时及时切出生产系统。2019年8月18日，岗位人员误将电解D线F槽进槽盐水总阀关闭，导致进槽盐水流量低低触发单槽安全仪表系统停车，避免了电解槽进槽盐水流量过少而引发离子膜干烧甚至着火爆炸事故。

图2 离子膜电解槽单线安全联锁逻辑图