氯化工艺自控改造设计方案

1、非常用的术语、符号和代号说明

氯化聚乙烯：

氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯(HDPE)经氯化取代反应制得的高分子材料。根据结构和用途不同，氯化聚乙烯可分为树脂型氯化聚乙烯(CPE)和弹性体型氯化聚乙烯(CM)两大类。氯化聚乙烯，为饱和高分子材料，外观为白色粉末，无毒无味，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。韧性良好(在一30℃仍有柔韧性)，及其它高分子材料具有良好的相容性，分解温度较高。本项目产品为树脂型氯化聚乙烯。

2、建设项目概况

2.1设计范围

本设计的范围是衡山县天马化工有限责任公司氯化聚乙烯危险工艺自控改造的方案设计。具体设计范围包括：10000吨／年氯化聚乙烯生产装置氯化工段自控改造方案设计。

2.2项目建设单位内部基本情况

衡山县天马化工有限责任公司位于衡山县开云镇，原枣强县马屯镇工业区废弃水暖厂内，厂区西侧(距离围墙)6米处为民用房(现已无人居住)。北侧300米处为东方衡强绿色纸业有限公司和枣强兴旺塑料助剂有限公司；南侧距离厂区围墙8米处为民用房(现已无人居住)，东侧为马路，路东为空地。公司成立于2006年3月24日，属于有限责任公司，经营范围为：加工制作氯化聚乙烯。拥有一套生产能力年产10000t氯化聚乙烯生产装置。公司技术力量雄厚，厂区占地面积23000平方米，法人代表马春玲；现有职工29人，其中专职安全管理人员2人。负责安全生产管理工作，做好危险化学品的安全生产和管理。

根据《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》(安全总管三[200S]116号)文件的要求。该企业委托济南石油化工设计院对氯化聚乙烯危险工艺进行自动化控制及安全联锁技术改造工作，以规范企业的安全生产管理、降低工艺装置的安全风险、防止安全事故的发生，同时强化企业的安全生产基础、提升本质安全水平。

3、工艺介绍

3.1生产工艺流程简介

该项目为氯化危险化工工艺自动化控制方案设计，涉及氯化聚乙烯氯化工段工艺控制参数，车间设有四条氯化反应生产线，分别含氯化釜、液氯钢瓶、氯气缓冲罐及相应的配套管线，该工艺为间歇生产，以液氯和聚乙烯为原料，在氯化釜内进行反应得到氯化聚乙烯，然后进行中和、水洗、脱水、干燥等操作，最终制得氯化聚乙烯产品。

目前氯化危险工艺操作及控制现状如下：

(1)、原料特性：液氯为钢瓶储存，聚乙烯为固态储存。

(2)、氯化工序：向氯化釜中打入定量的水，再经投料孔投入适量高密度聚乙烯及少量助剂（聚甲基丙烯酸钠、聚氧乙烯蓖麻油、过氧化苯甲酰）。关闭人孔后开启搅拌装置同时打开蒸汽及氯气缓冲罐阀门。反应釜缓慢升温至130℃，该过程约需4h，在升温过程中严格控制氯气流速，使定量的氯气在4h充入反应釜内，釜内压力控制在0.4~0.6Mpa范围内。当温度升至130℃时关闭蒸汽阀门，停止加热。然后采取循环冷却水进行冷却降温，当温度降至95℃时，打开泄压阀门。反应完成后再进行搅拌半小时，使反应完全，反应尾气进入尾气回收塔，及回收塔内的氢氧化钠溶液中和生成氯化钠溶液，然后排入中和池。

(3)温度控制靠手动调节阀门完成，温度、压力仪表采用数字显示仪表进行测量显示；投料量、降温水、加温蒸汽和蒸汽疏水全部依靠手动完成。

反应方程式如下：

CL2+{C4H8}n＝{C4H7CL1}n+HCL

3.2生产设备及物料简介

该氯化工艺涉及生产设备主要有氯化釜、液氯钢瓶、氯气缓冲罐等，该项目设四套氯化反应系统，设备具体型号、参数见下表

表3－1 主要工艺设备一览表

该工艺涉及物料主要有液氯、聚乙烯、氢氧化钠溶液、过氧化(二)苯甲酰，其中液氯、氢氧化钠溶液、过氧化(二)苯甲酰被列入《危险化学品名录》(2002年版)，属于危险化学品。物质主要性能指标及危险性结果见下表：

表3－2主要危险物质分布表

本项目危险化学品的危险有害特性具体分析见下表：表3—3 液氯的主要性能指标及危险性

表3—4 氢氧化钠溶液的主要性能指标及危险性

表3—4 过氧化(二)苯甲酰的主要性能指标及危险性

3.3公用工程依托情况

1)供配电

该公司生产车间用电为二级负荷，用电由衡水市马屯镇供电所提供；厂区内设置315KVA变压器一台，同时设置一台150KW发电机组作为生产及消防用电的备用电源，该项目自动化控制DCS系统用电负荷为一级负荷，DCS系统采用UPS不间断电源供电，保证DCS系统及现场仪表至少工作30min，能够满足本项目需求。

2)冷却水

本项目氯化釜降温控制设计为循环水降温系统，平时使用循环水降温，如果在紧急处理中需要用循环水进行降温处理，公司设300m3循环水池一座，循环水泵流量最大可达到150t/h，能够满足生产需要。

4、危险化工工艺辨识

4.1危险化工工艺辨识

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》(安全总管三[2009]1 16号)文件，氯化是是化合物的分子中引入氯原子的反应，包含氯化反应的工艺过程为氯化工艺，主要包括取代氯化、加成氯化、氧氯化等。涉及氯化反应的工艺过程为氯化工艺。

本项目生产采用聚乙烯及液氯中的氯反应生成氯化聚乙烯，其反应为取代氯法，因此该反应属于氯化工艺，并且属于文件中列举的典型氯化工艺。

4.2危险化工工艺的危险特点

(1)主要原料聚乙烯属于可燃物品。

(2)氯化剂(原料)液氯具有高毒性、助燃性；氯气具有强高毒性，可致人体中毒、甚至死亡，可造成大气污染；接触空气易形成酸雾，腐蚀性和高毒性很大。

(3)聚乙烯和液氯投料顺序颠倒、液氯进料速度过快、搅拌电机故障或搅拌桨脱落、未及时开启冷却水、冷却水流量过低、冷却水上水温度过高等，都有可能造成反应温度异常升高，使氯化反应引起火灾或爆炸事故。

(4)经查有关资料，当氯化反应初期反应温度低时，加入液氯速率不宜过快。原因是初期反应温度低，液氯引入氯化釜后未充分反应；随着反应进行，放出的热量逐渐累积，使氯化釜温度逐渐升高至适宜反应温度，大量液氯及聚乙烯剧烈反应，使反应得不到有效控制，容易引发生产事故。

4.3氯化聚乙烯工艺危险及可操作性研究分析(HAZOP)

1、原料分析：

衡山天马化工有限公司生产氯化聚乙烯主要原料为聚乙烯，属于可燃物；氯化剂液氯具有高毒性和氧化性、助燃性，原料液氯为危险