电解（氯碱）工艺安全控制设计指导方案.docx

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1、电解（氯碱）工艺安全控制设计指导方案目录1概述1.1 电解（氯碱）工艺11.2 电解（氯碱）反应11.3 电解（氯碱）工艺关键设备和重点监控单元11.3.1 电解（氯碱）工艺的关键设备11.3.2 电解（氯碱）工艺的重点监控单元11.4 电解（氯碱）工艺涉及的危险介质11.4.1 原料21.4.2 产品21.5 山东省主要电解（氯碱）工艺产品目录22危险性分析32.1 固有危险性32.1.1 火灾危险性32.1.2 爆炸危险性32.1.3 中毒危险性32.1.4 腐蚀及其他危险性32.2 工艺过程的危险性32.2.1 反应过程的危险性42.2.2 反应安全风险评估42.2.3 危险和可操作性分

2、析43重点监控的工艺参数和控制要求53.1 液位53.2 电流和电压53.3 进出物料流量53.4 可燃和有毒气体浓度53.5 温度53.6 压力53.7 原料中钱含量63.8 氯气杂质含量（水、氢气、氧气、三氯化氮等）63.9 氢气纯度64推荐的安全控制方案74.1 各工艺参数的控制方式74.2 工艺系统控制方式74.2.1 基本监控要求74.2.2 基本控制要求74.3 根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施104.4 仪表系统选用原则104.4.1 基本过程控制系统（BPCS）选用原则104.4.2 安全仪表系统选用原则104.4.3 气体检测报警系统（GDS）选用原则114.5

3、其他安全设施115通用设计要求125.1 收集产品工艺资料125.2 确定改造范围125.3 仪表设备选型135.4 提交方案135.5 与建设方技术交底，提交改造图纸，签署设计变更。136典型工艺安全控制系统设计方案146.1 工艺简述146.2 装置电解（氯碱）工艺危险性分析146.2.1 固有危险性146.2.2 工艺过程的危险性146.3 装置电解（氯碱）工艺控制方案综述157电解（氯碱）工艺安全控制系统设计指导方案附表、附图187.1 山东省电解（氯碱）工艺产品目录（附表1）187.2 电解（氯碱）工艺重点监控参数的控制方式（附表2）187.3 企业需提交的设计资料清单（附表3）18

4、7.4 某企业电解（氯碱）工艺控制、报警、联锁一览表（附表4）187.5 某企业电解（氯碱）工艺管道仪表流程图（附图1）18附表1山东省电解（氯碱）工艺产品目录19附表2电解（氯碱）工艺重点监控参数的控制方式20附表3企业需提交的设计资料清单22附表4某企业电解（氯碱）工艺控制、报警、联锁一览表23附图1某企业电解（氯碱）工艺管道与仪表流程图261概述1.1 电解（氯碱）工艺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（氯碱）工艺。典型工艺有电解饱和食盐水溶液的方法来制取烧碱、氯气和氢气。1.2 电解（氯碱）反应电解饱和食盐水溶液时，

5、在盐水循环经阳极室、低浓度碱液循环经阴极室时，阳极是Cl-放电、阴极是H+放电，阳极室放出氯气，阴极室放出氢气，并产生氢氧化钠溶液。（1）阳极反应：2Cl-2eCl2（2）阴极反应：2H2+2e-H2+2OH-（3）总反应：2NaCl+2H2-2NaOH+C1.+Fh1.3 电解（氯碱）工艺关键设备和重点监控单元1.3.1 电解（氯碱）工艺的关键设备电解（氯碱）工艺的关键设备包括电解槽及附属单元，主要包括电解槽、阳极液循环槽、阴极液循环槽、盐水高位槽、碱液高位槽等。1.3.2 电解（氯碱）工艺的重点监控单元电解（氯碱）工艺的重点监控单元为电解反应及附属单元，电解反应及附属单元重点监控电解槽液位

6、、电流和电压、进出物料流量、温度和压力，可燃和有毒气体浓度，原料中核含量，氯气杂质含量（水、氢气、氧气、三氯化氮等）等。1.4 电解（氯碱）工艺涉及的危险介质1.4.1 原料电解（氯碱）工艺涉及到的原料主要为盐酸，盐酸具有腐蚀性。142产品电解（氯碱）工艺涉及到的产品主要有氢气、氯气和氢氧化钠。氢气是易燃易爆气体，氯气是剧毒化学品同时又是助燃气体和遇湿腐蚀性物质,氢氧化钠具有腐蚀性。1.5 山东省主要电解（氯碱）工艺产品目录山东省主要的电解（氯碱）工艺有电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气，电解氯化钾溶液制备氢氧化钾、氯气和氢气。山东省主要电解（氯碱）工艺产品目录详见附表1。2危险性分析电解（氯

7、碱）工艺阳极反应为放热过程，阴极反应为吸热过程，整体总反应为放热过程。反应产物具有易燃易爆、毒性、腐蚀性，一旦泄漏危险性较大。2.1 固有危险性固有危险性是指电解（氯碱）工艺的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。2.1.1 火灾危险性电解（氯碱）产物氢气为甲类易燃易爆气体，氯气为强氧化剂、具有助燃性。2.1.2 爆炸危险性氢气为甲类易燃易爆气体，当空气中的体积分数为4%-75%时，遇到火源可引起爆炸；氯气为强氧化剂，具有助燃性，许多物质接触氯气剧烈燃烧甚至爆炸；盐酸与某些金属反应放出氢气，遇到火源可引起爆炸。2.1.3 中毒危险性氯气为剧毒气体，对眼、呼吸道粘膜有刺激作用，可引起急性

8、中毒；盐酸接触其蒸气或烟雾，可引起急性中毒。2.1.4 腐蚀及其他危险性电解（氯碱）产物氢氧化钠为强碱、原料盐酸为强酸，均为强腐蚀性物质。2.2 工艺过程的危险性电解（氯碱）反应是一个放热过程，产物又多为易燃易爆、毒性、腐蚀性物质，因此在电解（氯碱）反应过程中存在诸多不安全因素。2.2.1 反应过程的危险性电解（氯碱）反应过程存在危险性。电解单元槽由一张离子膜隔开为阳极和阴极，电解槽通电后发生电解反应，阳极产生氯气，阴极产生氢气,一旦离子膜破裂，在通电的情况下氢气和氯气混合，极易引起火灾或爆炸。电解（氯碱）反应产物氢气具有燃爆危险性，氯气为毒性气体，易引发中毒事故。2.2.2 反应安全风险评估

9、企业如需开展反应安全风险评估，可参照精细化工反应安全风险评估导则（试行）进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果，考虑不同的工艺危险程度，建立相应的控制措施。2.2.3 危险和可操作性分析针对电解（氯碱）反应，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定性、定量分析方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。3重点监控的工艺参数和控制要求3.1 液位盐水及碱液高位槽应设液位计，其液位高低将影响电解槽的液位。阳极液循环槽、阴极液循环槽内液体满时会造成电解槽内液体无法排出，槽内无液体时淡盐水无法循环，阳极液循环槽、阴极液循环槽应设液位计。

10、3.2电流和电压电解槽的电流大小与电解后阴极处烧碱的浓度成比例关系，电解槽电流增加时电解槽电压也会增加，槽电压高将导致电耗增加，单元槽电压反映膜的性能及阳极阴极活性状态，应检测电解槽电流及单元槽电压。3.3 进出物料流量为了保证电解槽安全运行，应保持电解液在膜表面的浓度均匀和足够的循环量，应控制盐水和碱液进槽流量、浓度，另外阳极室加酸调PH值时也应精确控制流量。3.4 可燃和有毒气体浓度电解（氯碱）产生的氢气为甲类易燃易爆气体，氯气为剧毒气体，应设置可燃及有毒气体报警器。3.5 温度电解液和膜的电阻随温度的上升而降低，电解液温度增加膜的孔隙率增加，有助于提高膜的电导率，从而降低槽电压，因此应检

11、测电解槽温度。3.6压力为检测电解槽内运行状况，应检测氢气和氯气压力，为确保电解槽中离子膜贴向阳极，从而使槽电压降低，要求氢气压力必须大于氯气压力。3.7 原料中铁含量原料中有游离氨或钱离子存在时，在电解过程的酸性条件(PH4.5)下与氯气或次氯酸反应生成三氯化氮，三氯化氮是一种爆炸性物质，极易造成爆炸事故，应检测原料盐水中的镂含量。3.8 氯气杂质含量(水、氢气、氧气、三氯化氮等)氯气总管中含氢应0.4%,干燥后的氯气含水量应小于200mgkg,含水量超标会引起管道或设备腐蚀加快，应定期从氯气主管取样分析杂质含量。3.9 氢气纯度空气中氢气的体积分数为4%75%时遇到火源可引起爆炸，电解产生

12、的氢气中含有氧气和氯气，为避免因氧气和氯气含量过高而引发爆炸事故,应定期从氢气主管取样分析氢气纯度。4推荐的安全控制方案4.1各工艺参数的控制方式电解槽电流和电压、进出物料流量、温度、压力、原料中铁含量、氯气杂质含量、氢气纯度等重点监控工艺参数的控制方式见附表204.2工艺系统控制方式4.2.1 基本监控要求电解（氯碱）工艺的生产装置设置的自动控制系统应达到重点监管危险化工工艺目录中有关安全控制的基本要求，重点监控工艺参数应传送至控制室集中显示，并按照宜采用的控制方式设置相应的联锁。自动控制系统应具备远程调节、信息存储、连续记录、超限报警、联锁切断、紧急停车等功能。记录的电子数据的保存时间不少

13、于30天。4.2.2 基本控制要求4.2.3 .1电解（氯碱）工艺安全控制基本要求中涉及反应温度、压力报警及联锁的自动控制方式至少满足下列要求：（1）盐水高位槽和碱液高位槽应设置液位低报警和低低联锁，联锁停整流器。低低联锁时高位槽内的持液量，应分别满足充满电解槽的阳极室和阴极室。（2）设置阳极液循环槽和阴极液循环槽的液位调节，液位高低报警和高高联锁，联锁停整流器。（3）设置供每台电解槽的电流检测、高报警和高高联锁，联锁停整流器。（4）每台电解槽设置电压检测，并设置电压偏差检测、高低报警和高高低低联锁，联锁停整流器。（5）电解槽的流量控制措施应符合下列要求：设置供每台电解槽的盐水和碱液流量调节，

14、并设置高低流量偏差报警和低低流量联锁，联锁停整流器；设置供每台电解槽的盐酸流量调节、高低流量偏差报警；设置加入供碱总管的纯水流量调节、高低流量偏差报警；盐水流量、盐酸流量、纯水流量与电解槽电流进行串级调节；单台电解槽联锁停车时，应联锁关闭单台电解槽的盐酸调节阀门。（6）每台电解槽出口设置碱液温度检测和高报警。（7）单台电解槽的压力控制采用氢气压力、氯气压力，氢气和氯气压差检测的高低报警。（8）电解槽总管的压力控制措施应符合下列要求：设置湿氯气总管压力调节、高低报警和高高联锁，联锁停整流器。当电解槽常压操作时，设置氯气正压和负压水封；当电解槽带压操作时，设置氯气正压水封槽。设置湿氢气总管压力调节

15、、高低报警和高高联锁，联锁停整流器。为维持氢气总管压力稳定，应设置氢气正压水封槽或氢气气柜。设置氢气和氯气压差调节、高低报警和高高低低联锁，联锁停整流器。（9）设置阴极液循环槽碱液密度检测和高低报警。（10）电解槽出口设置淡盐水PH值检测高低报警。（11）每台电解槽阴极侧末端设置氮气管线。（12）工艺氢气管线、放空氢气管线的起始端应设置氮气置换管线。放空氢气管线末端应设置阻火器，阻火器上游设置蒸汽和（或）氮气灭火管线。（13）联锁停整流器后，联锁关闭氯气总管切断阀、氢气总管切断阀（当氢气总管后设氢气气柜时，氢气总管可不设切断阀）、纯水流量调节阀、盐酸流量调节阀，停氯气处理工段的氯压机，打开氮气进碱液循环罐切断阀，将氮气进碱液循环罐流量调节设定在定值，全开氯气压力控制调节阀，打开事故氯泄放阀，泄放至事故氯吸收塔吸收，同时开启氢气泄放阀，保持与氯气一定压差下高空排放。4.2.4 .2其他（1）设计时，应结合具体的工