电解工艺安全指导.doc

附件2

电解（氯碱）工艺安全控制指导意见

为做好全省涉及电解工艺（氯碱）相关企业的安全控制系统改造工作，指导设计单位相应的安全控制系统设计工作，并为各级安监部门的相关监督检查工作提供参考，依据国家安全监管总局《关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通知》（安监总管三［2009］116号）、山东省安监局《关于推进化工企业自动化控制及安全联锁技术改造工作意见》（鲁安监发［2008］149号文件），制定本意见。

1 概述
1.1工艺简介
电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化称为电解反应，涉及电解反应的工艺过程为电解工艺。工业上用电解饱和食盐水溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，称为氯碱工业。许多化工产品（氢、氧、氯、烧碱、过氧化氢等）的制备，都是通过电解来实现的。
1.2工艺危险特点
电解工艺有如下特点：
1.2.1电解食盐水过程中产生的氢气是极易燃烧的气体，氯气是氧化性很强的剧毒气体，两种气体混合极易发生爆炸，当氯气中含氢量达到5％以上，则随时可能在光照或受热情况下发生爆炸。
1.2.2电解原料或化盐水中有氨或铵存在时，氨或铵在电解过程的酸性条件（pH<4.5）下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮。反应方程如下：
NH4+ + 3Cl2 NCl3+3HCl+H+
NH3+3HClO NCl3+3H2O
三氯化氮是一种爆炸性物质，原料中铵盐含量过高或液氯排污不及时，易在液氯汽化系统富集，极易造成三氯化氮爆炸事故。
1.2.3电解溶液腐蚀性强。此外，电解饱和食盐水的工艺过程中，氢氧化钠、湿氯气、氯水、盐酸、次氯酸钠等均有较强的腐蚀性。
1.2.4液氯的生产、储存、包装、输送、运输过程可能发生液氯的泄漏。
1.3山东省氯碱装置概况
目前，氯碱行业使用的电解槽主要有两大类：一是金属阳极隔膜电解槽，二是离子膜型电槽，槽型有单极槽和复极槽，循环方式有强制循环和自然循环两种。山东省氯碱企业选用的离子膜电解槽主要有旭化成、氯工程公司、伍德公司、迪诺拉公司、北化机及ICI公司生产的电槽，电槽所用离子膜主要供应商有美国杜邦公司、日本旭化成和旭硝子公司。省内隔膜槽型目前主要有30型、16型金属阳极电槽。
根据我省氯碱生产设备的现状，本意见分别对离子膜和隔膜电解槽以及电解后续工序各工艺参数提出了检测与控制要求。另外，氢氧化钾生产装置的检测与控制可参照本意见执行。

2 主要安全设计措施
2.1设立安全联锁停车系统或具有安全联锁停车功能的其他系统，保证生产过程设备运行安全。
2.2为使氢气总管和氯气总管之间保持一定压差，氢气总管和氯气总管的压力需进行自控。也可将氯气总管压力作为主动量，氢气总管压力作为从动量组成双闭环比值调节系统。若氢气总管和氯气总管压力失常，装置则联锁停车。
2.3保证氢气系统严密性，不允许存在负压操作，防止空气混入系统形成爆炸性混合物。
2.4开停车前应当用氮气等惰性气体对氢气系统进行吹扫置换。
2.5生产厂房必须有良好通风，防止气体积累。电解厂房设计必须满足规范要求的泄压面积。
2.6厂房周围安装避雷设施，设备及管道安装可靠的防静电设施。
2.7氢气紧急放空管道安装阻火器或水封和灭火设施（氮气、蒸汽）。
2.8电解、氯氢处理根据危险区域划分等级，一次仪表应分别采用隔爆或本安防爆措施。
2.9操作室与生产装置有效隔离并满足安全间距要求。
2.10设立事故氯吸收系统，在事故状态下避免氯气外溢、污染环境。
2.11安全联锁停车系统与事故氯气吸收系统应配置备用电源或应急电源，以保证在主供电源停电时仍能正常启动。
2.12液氯储槽应设置备用储槽，一旦发生储槽氯气泄漏事故操作人员可通过开泵、倒槽启动备用储槽系统。
2.13设置有毒、易燃气体泄漏检测系统。氯气、氢气泄漏时，可进行报警或启动预设的紧急处置程序。
2.14设立消防站和气防站，消防站防御火灾，气防站防御氯气泄漏等突发事件，并合理配置一定数量的氯气扑消器具。消防站具备气防功能时可只设消防站。

3 电解工序安全控制要求
3.1离子膜法电解
3.1.1离子膜电解槽检测、控制要求
离子膜电解槽检测、控制应符合下表要求：

表-1离子膜电解槽检测与控制要求
序号
工艺参数
监控要求
备注

一.流量检测及控制

1
树脂塔再生用纯水流量
集中显示、调节、报警

2
进槽盐水流量
集中显示、调节、报警、联锁

3
进槽盐酸流量
集中显示、调节、报警

4
进槽纯水流量
集中显示、调节、报警

5
循环碱流量
集中显示、调节、报警、联锁

6
成品碱流量
集中显示、调节、报警

二.压力检测及控制

1
阴极室压力
集中/现场显示、报警

2
阳极室压力
集中/现场显示、报警

3
阴极室、阳极室压差
集中/现场显示、调节、报警、联锁

4
阴极循环液压力
集中显示、调节、报警

5
阳极循环液压力
集中显示、调节、报警

6
氯气总管压力
集中显示、调节、报警、联锁

7
氢气总管压力
集中显示、调节、报警、联锁

8
氯气、氢气总管压差
集中显示、调节、报警、联锁

三.液位检测及控制

1
过滤盐水贮槽液位
集中显示、调节

2
阳极液循环槽液位
集中显示、调节、报警、联锁

3
阴极液循环槽液位
集中显示、调节、报警、联锁

4
淡盐水受槽液位
集中显示

5
纯水贮槽液位
集中显示、报警

6
盐酸贮槽液位
集中显示、报警

7
成品碱贮槽液位
集中显示、报警

四.电流、电位差检测及控制

1
直流电压
集中显示、报警、联锁

2
直流电流
集中显示、报警、联锁

3
电解槽零点电位差
集中显示、报警、联锁

五.温度检测及控制

1
电解槽阴极液温度
集中显示、调节、报警

2
进槽盐水温度
集中显示、报警

3
淡盐水分析回路温度
集中显示、报警

六.物料分析及控制

1
过滤盐水PH值
集中显示、调节、报警

2
过滤盐水氧化还原电位（ORP）
集中显示、调节、报警
ORP在线分析仪
3
淡盐水PH值
集中显示、调节、报警

4
淡盐水氧化还原电位（ORP）
集中显示、调节、报警
ORP在线分析仪
5
可燃气体浓度
报警

6
有毒气体浓度
报警

七.化学分析项目

1
过滤盐水钙、镁含量
1次/班

2
过滤盐水硫酸根含量
1次/班

3
进槽盐水铵含量
1次/天

4
成品碱浓度
1次/批

5
氯气含氢
1次/班

3.1.2离子膜电解槽安全联锁要求
应设置紧急停车系统（ESD）或具有安全联锁停车功能的其他系统（以下简称其他系统）。
下列事项发生应联锁启动ESD系统或其他系统：
a.整流电流达到规定上限；
b.整流系统出现接地故障；
c.直流电压超出规定范围；
d.仪表电源故障；
e.仪表气源达到规定下限；
f.电槽零点电位差超出规定范围；
g.进槽盐水流量达到规定下限；
h.阴极室、阳极室压差超出规定范围；
i.阴极液循环泵或阳极液循环泵停止运行；
j.阳极液/阴极液循环槽液位超出规定范围；
k.氯气（透平）压缩机故障停车；
l.氯气压力、氢气压力或总管压差超过规定范围。
ESD系统或其他系统启动后联锁执行下列程序：
a.整流直流电源切断、电解槽停车；
b.盐酸加入阀关闭；
c.氯气总管、氢气总管的切断阀关闭；
d.氯压机、氢压机停车；
e.事故氯吸收系统同时启动（主供电源断电时由备用电源启动）；
f.阴极液循环泵/阳极液循环泵应设置备用泵并自成联锁体系，故障情况下停止运行时应在30S内联锁启动备用泵系统；
g.紧急停车系统（ESD）或其他系统应具有备用电源或应急电源。
3.2隔膜法电解
3.2.1隔膜电解槽检测、控制要求
隔膜电解槽检测、控制应符合下表要求：

表-2隔膜电解槽检测与控制要求
序号
工艺参数
监控要求
备注

一.流量检测及控制

1
进槽盐水总管流量
集中显示

二.压力检测及控制

1
氯气总管压力
集中显示、报警

2
氢气总管压力
集中显示、报警

三.液位检测及控制

1
盐水高位槽液位
集中显示、报警、联锁

四.电流、电压检测及控制

1
直流电压
集中显示、报警

2
直流电流
集中显示、报警、联锁

五.温度检测及控制

1
盐水高位槽温度
集中显示、调节

六.物料分析及控制

1
出槽淡碱浓度（总管）
集中显示

2
可燃气体浓度
报警

3
有毒气体浓浓度
报警

七.化学分析项目

1
进槽盐水铵含量
1次/班

2
氯气总管含氢
1次/班

3.2.2隔膜电解槽安全联锁要求
应设置紧急停车系统（ESD）或其他系统。下列事项发生应联锁启动ESD系统或其他系统：
a.整流电流达到规定上限；
b.整流系统出现接地故障；
c.盐水高位槽液位达到规定下限；
d.氯气（透平）压缩机故障停车。
ESD系统或其他系统启动后联锁执行下列程序：
a.整流直流电源切断、电解槽停车；
b.氯气总管、氢气总管的切断阀关闭；
c.氯压机、氢压机停车；
d.事故氯吸收系统同时启动；
e.紧急停车系统（ESD）或其他系统应具有备用电源。

4 电解后续工序安全控制要求
4.1电解后续工序检测、控制应符合下表要求：
表-3电解后续工序检测与控制要求
序号
工艺参数
监控要求
备注

一.氯气处理

1
洗涤塔氯水流量
集中显示

2
氯气冷却器温度
集中显示

3
干燥塔氯气出塔温度
集中显示

4
填料塔氯气出塔温度
集中显示

5
氯压机电机电流
集中显示、联锁

6
氯压机电机温度
集中显示、报警

7
氯压机出口压力
集中显示、调节、报警、联锁

8
有毒气体含量
集中显示、报警

二.氯气液化、贮槽、包装

1
液化器氟出口温度
集中显示

2
氟冷凝器冷却水温
集中显示、调节

3
冷冻机油温、油位
集中显示、调节

4
冷冻机进口、出口压力
集中显示、调节

5
液氯贮槽液位
集中显示、报警

6
液氯充装泵压力
集中显示、控制、报警、联锁

7
液氯钢瓶充装重量
显示、联锁
现场显示
8
有毒气体浓度
集中显示、报警、联锁

三.氢气处理

1
喷淋后温度或预冷温度
集中显示

2
氢压机电机电流
集中显示

3
氢压机电机温度
集中显示

4
氢压机出口压力
集中显示、调节、报警

5
可燃气体浓度
集中显示、报警

四.合成盐酸

1
氢气总管压力
集中显示、联锁

2
氯气总管压力
集中显示、联锁

3
吸收水压力
集中显示

4
氢气流量
集中显示、调节、报警
与5项进行比值调节
5
氯气流量
集中显示、调节、报警
与4项进行比值调节
6
盐酸贮槽液位
集中显示、高限报警

7
可燃气体浓度
高限、报警

8
有毒气体浓浓度
高限、报警

五.蒸发（隔膜法）

1
强制循环泵电流
集中显示

2
生蒸汽压力
集中显示

3
蒸发器蒸发室压力
集中显示、调节

4
蒸发器蒸发室液位
集中显示、调节、报警
各效设置调节回路
5
冷却碱温度
集中显示、调节

6
末效蒸发器真空度
集中显示、报警

7
离心机系统
集中显示、调节、报警
程序控制

六.化学分析项目

1
排污物含三氯化氮
2-3次/周
排污槽
2
成品碱浓度
1次/批

4.2电解后续工序安全联锁要求
4.2.1氯压机电流、氯压机出口压力应与ESD系统或其他系统联锁，电流为零或压力冲击低限应联锁启动ESD系统或其他系统。
4.2.2液氯钢瓶充装压力应与液氯充装泵电源联锁，液氯充装压力超过1.1MPa时应联锁切断充装泵电源。
4.2.3液氯钢瓶实际充装重量与充装进料阀联锁，实际充装重量达到规定值时联锁切断充装自动进料阀。
4.2.4合成盐酸氢气管压力与氯气管压力联锁，二者之一压力为零或冲击下限时应联锁关闭另一条管路进料阀。

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