氯氣和氫氣是電解食鹽水生產(chǎn)燒堿過程中必然產(chǎn)生的產(chǎn)品。氫氣是極易燃燒的氣體,氯氣是氧化性很強(qiáng)的有毒氣體,一旦兩種氣體混合極易發(fā)生爆炸。當(dāng)氯氣中含氫量處于爆炸范圍之內(nèi)時(shí),則隨時(shí)可能在光照或受熱情況下發(fā)生爆炸。在氯堿行業(yè)中，因氯氣總管中氫含量增高而發(fā)生爆炸的事故并不鮮見。造成氫氣和氯氣混合的原因主要是:陽(yáng)極室內(nèi)鹽水液面過低;電解槽氫氣出口堵塞,引起陰極室壓力升高;電解槽的隔膜吸附質(zhì)量差;石棉絨質(zhì)量不好;在安裝電解槽時(shí)碰壞隔膜，造成隔膜局部脫落:送電前注入的鹽水量過大而將隔膜沖壞等。這些情況都可能引起氯氣中含氫量增高,達(dá)到爆炸極限時(shí)便易發(fā)生爆炸,產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。氫氣在氯氣中的爆炸范圍(體積分?jǐn)?shù))為 55%~89%。因此，氯氣安.全規(guī)程(GB 11984 - 89)規(guī)定,氯氣總管中含氫的體積分?jǐn)?shù)應(yīng) s04%。所以為確保電解過程的安.全，必須嚴(yán)格控制氯氣總管中的合氫量開車初始階段氯氣總管中的含氫量最容易達(dá)到爆炸極限,所以，些企業(yè)為了嚴(yán)密監(jiān)測(cè)開車階段氯氣總管中的含氫量,每間隔 2mn甚至更短的時(shí)間就取樣分析 ,動(dòng)用大量的人力物力。對(duì)于氯氣總管中氫含量的分析方法，目前廣泛采用的是奧氏分析法，其檢測(cè)手段較落后，既不準(zhǔn)確而且由于取樣時(shí)有氯氣泄漏,對(duì)操作人員的人身安.全又有危害 ;另一種常用的分析方法是色譜分析，其操作復(fù)雜,維護(hù)麻煩,且費(fèi)用較高,每半年更換 1次色譜柱，且分析結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后,不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此,尋找快捷、準(zhǔn)確、安.全的分析手段來分析氯氣總管中的氯氣含量一直是氯堿行業(yè)的重要課題。由于氯含氫分析儀測(cè)量準(zhǔn)確,校驗(yàn)簡(jiǎn)單、方便、安.全,基本上無(wú)維護(hù)費(fèi)用,且使用壽命長(zhǎng),完.全可以滿足氯氣總管中合氫量分析的需要?；谏鲜鲈?南寧化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“南寧化工”)在國(guó)內(nèi)率先采用了 Hitech公司的 KK650氯含氫分析儀,用于在線監(jiān)測(cè)隔膜法燒堿裝置的氯氣總管氯氣純度、含氫量這兩個(gè)指標(biāo)。
氯含氫分析儀的組成及其工作原理

氯合氫分析儀由取樣系統(tǒng)、樣氣處理系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和控制顯示系統(tǒng)等模塊組成,其原理簡(jiǎn)圖見圖 1。

氯合氫分析儀的工作原理

如圖 1所示,經(jīng)取樣系統(tǒng)取樣后,樣氣進(jìn)入樣氣處理系統(tǒng)，除去顆粒雜質(zhì)、鹽及水分,通過傳感器系統(tǒng)(由兩個(gè)熱導(dǎo)檢測(cè)器構(gòu)成,在兩個(gè)檢測(cè)器間有 1個(gè)反應(yīng)爐)檢測(cè)樣氣的熱導(dǎo)系數(shù)，然后通過反應(yīng)爐使氫氣完.全反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體通過第 2個(gè)檢測(cè)器。根據(jù)這兩個(gè)檢測(cè)器所測(cè)熱導(dǎo)系數(shù)的差得出樣氣中氫氣的含量。數(shù)據(jù)經(jīng)過控制 示表顯示出來圖 2是氯含氫分析儀原理圖。

2氯含氫分析儀用于氯中含氫量在線監(jiān)測(cè)21在氯氣總管使用氯合氫分儀的先決條件在氯氣總管使用氯含氫分析儀必須首先解決的3個(gè)問題如下。
取樣
一般氯氣總管處于微負(fù)壓,因此樣氣不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入氯含氫分析儀,需要借助泵?？紤]到要穩(wěn)定運(yùn)行和盡量減少維護(hù)工作，一般采用水流泵或者氣流泵。本例根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用氣流泵從氯氣總管抽吸樣氣進(jìn)入氯合氫分析儀。采用氣流泵的好處(可以方便地得到真空;2由于沒有運(yùn)動(dòng)部件,免除日常維護(hù)工作。
安裝地點(diǎn)
氯含氫分析儀應(yīng)該盡可能安裝在取樣點(diǎn)附近因?yàn)橐话懵葰饪偣艿膲毫槲⒇?fù)壓樣氣通過氣流泵抽到反應(yīng)爐。如果氯含氫分析儀到取樣點(diǎn)的距離太遠(yuǎn),增加了分析儀到取樣點(diǎn)的壓力降,需要增大抽吸真空度。同時(shí)如果取樣點(diǎn)的距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致取樣管道增長(zhǎng),管道中的欄氣從氯氣總管到達(dá)氯合氫分析儀的時(shí)間增加，從而造成分析數(shù)據(jù)滯后時(shí)間長(zhǎng)因此,取樣管道應(yīng)盡量短。
樣氣干燥
如果樣氣中含水，當(dāng)樣氣通過反應(yīng)爐時(shí) ，水會(huì)與少量氯氣反應(yīng)生成氧氣和氯化氫,在第 2個(gè)檢測(cè)傳感器里出現(xiàn)的氧會(huì)使氫氣的讀數(shù)偏低。同時(shí),濕氯氣對(duì)金屬具有很強(qiáng)的腐蝕能力,而干氯氣對(duì)金屬的腐蝕能力相對(duì)弱了很多?；谝陨显?必須把樣氣干燥到露點(diǎn)為 - 10C以下。從氯氣總管取得的樣氣通常為濕氯氣,含水量很大,體積分?jǐn)?shù)約為20%.在進(jìn)入氯含氯分析儀前必須經(jīng)過干燥。分析儀成套提供了 2級(jí)干燥。首先通過濾水器除去樣氣中的液態(tài)水,然后通過干燥的氮?dú)獬託庵械臍鈶B(tài)水。這2級(jí)干燥都通過膜技術(shù)來完成。
安裝調(diào)試
在通入樣氣前詳細(xì)檢查所有的管路連接。氯氣是劇毒、強(qiáng)腐蝕性氣體，必須確保沒有泄漏,尤其要確保所有的連接件已充分緊固，并且確認(rèn)易碎的反應(yīng)爐管沒有損壞。在儀表初始化后.顯示表將指示其等待反應(yīng)爐溫度達(dá)到其工作溫度的過程。到達(dá)正常工作溫度(725 C)后,分析儀將自動(dòng)進(jìn)入正常檢測(cè)模式。把樣氣流量控制在 100300 mL/min之間，進(jìn)入正常檢測(cè)模式后,按如下順序執(zhí)行校驗(yàn)過程:(1用空氣進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn);@用氫氣體積分?jǐn)?shù)為2%的空氣校驗(yàn)氫氣量程:用體積分?jǐn)?shù)為 100%的氯氣或組分已知的工藝樣氣校驗(yàn)氯氣量程，執(zhí)行校驗(yàn)過程中，必須確保樣氣管路中的其他氣體全部由正在校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)氣體取代,否則將出現(xiàn)誤差。校驗(yàn)氯氣量程的更便捷的方式是使用工藝樣氣,當(dāng)然，前提是通過另外形式的、可靠的分析方法,確切知道樣氣組分的含量。
運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
過器排水不暢
在投入運(yùn)行兩天時(shí)間后,發(fā)現(xiàn)分析儀的讀數(shù)出現(xiàn)問題:讀得氯氣體積分?jǐn)?shù)在5%以下氣含量讀數(shù)為負(fù)數(shù)，明顯與實(shí)際情況不相符。經(jīng)過分析可能是樣氣管路堵塞造成的。檢查分析儀器后發(fā)現(xiàn)是過濾器中的氯水不能排放出來,整個(gè)過濾器的膜過濾器件全部泡在氯水中,樣氣無(wú)法通過。主要原因是過濾器排水管道內(nèi)徑小(為 4mm)集水器容積小(10 mL)最關(guān)鍵的問題是沒有平衡管導(dǎo)致水不能排放到集水器中。針對(duì)這些問題,在集水器與過濾器之間增加平衡管,同時(shí)更換大容積的集水器該問題得以解決。集水器的容積可以依據(jù)集水器集中非水周期的需要來確定。根據(jù)實(shí)際測(cè)量,過濾器每天排水約 40mL如果選擇 2500mL的集水器則可以滿足 30天的集水需要。集水器的容積太小,排水周期短,排水次數(shù)增加;容積太大增加了取樣系統(tǒng)內(nèi)樣氣的數(shù)量,造成分析數(shù)據(jù)滯后,分析時(shí)間延長(zhǎng)。

氫氣讀數(shù)偏低
在解決過濾器排水不暢之后又出現(xiàn)了氫氣體積分?jǐn)?shù)接近 0的讀數(shù)與實(shí)際情況有較大誤差。分析其原因可能是在解決過濾器排水問題中增加的集水器的材質(zhì)是透明的玻璃,由于氫氣和氯氣是光感氣本在經(jīng)過透明的玻璃集水器過程中氯氣和氯氣在光照條件下已經(jīng)發(fā)生了反應(yīng),所以導(dǎo)致出現(xiàn)氫氣體積分?jǐn)?shù)接近 0的讀數(shù)。解決該問題的措施是采用標(biāo)色玻璃瓶集水器，同時(shí)使用黑色布罩住集水器確保樣氣通過的管路是完.全避光的。經(jīng)過改進(jìn)后.該問題圓滿解決。
干燥器堵塞
在運(yùn)行約 15天后發(fā)現(xiàn)樣氣流量接近零，同時(shí)顯示表的讀數(shù)異常.經(jīng)過檢查后,判定是干燥器堵塞。拆下干燥器后,發(fā)現(xiàn)干燥膜變形.本來是圓管的干燥膜全部被壓扁.局部還出現(xiàn)打?，F(xiàn)象。在用鐘水進(jìn)行清洗后，將干燥膜內(nèi)部通入氮?dú)馔獠颗萑爰兯屑s 10 h.之后干燥膜的形狀恢復(fù)為圓管形狀分析干燥膜變形的原因是處于干燥膜外部的干燥用氮?dú)鈮毫μ?達(dá)到 3MPa(表壓,下同)同時(shí)干噪膜內(nèi)部抽真空，在外壓內(nèi)吸的情況下發(fā)生變形解決問題的根本是降低處于干燥膜外部的干燥用氮?dú)鈮毫?。?jīng)過分析,干燥用氮?dú)鈮毫Σ恍枰?只要保證其流量是樣氣流量的 5倍以上即可千是將干燥用氮?dú)庥稍瓉砼c氣流泵串聯(lián)改為并聯(lián)方式可分別調(diào)節(jié)干燥用氮?dú)馀c氣流泵用氮?dú)?。?jīng)過改造后,樣氣流量同樣在150mL/mi的情況下氣流泵的氮?dú)鈮毫τ稍瓉淼?03MPa降低為 0075 MPa。而進(jìn)入干燥器的氮?dú)鈮毫Ρ３衷?01MPa以下即可維持干燥用氮?dú)獾牧髁吭?L/min

使用小結(jié)
氯含氫分析儀在南寧化工的應(yīng)用是成功的。由于該儀器應(yīng)用到氯氣總管上在線測(cè)量氯氣純度和氯中含氫量在國(guó)內(nèi)是第 1次,在使用過程中出現(xiàn)了一些小問題。經(jīng)過對(duì)集水瓶和氮?dú)夤苈返拳h(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)后,解決了排水不暢、氫氣讀數(shù)偏低以及干燥器堵塞的問題.完.全滿足了安.全生產(chǎn)的需要。改進(jìn)后的儀器運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。圖 3是改造后的氯合氫分析儀原理圖

結(jié)語(yǔ)

氯含氣分析儀實(shí)現(xiàn)了氯氣純度及氯中含氫量的在線分析,全自動(dòng)取樣,無(wú)需人工,減少了泄漏的可能，對(duì)操作人員非常安.全;傳感器不受樣氣和環(huán)境壓力波動(dòng)的影響，運(yùn)行穩(wěn)定;并且響應(yīng)快速,直接顯示讀數(shù),還可以與 DCS系統(tǒng)連接，對(duì)操作和讀數(shù)人員無(wú)特殊要求。在維護(hù)方面,僅需 1~2次 /a的儀器校驗(yàn),校驗(yàn)方法簡(jiǎn)單操作方便。分析結(jié)果與化學(xué)分析法相比,差距很小。

總之,在氯氣總管上應(yīng)用 KK650氯含氫分析儀對(duì)氯氣純度及氯中氫合量的在線監(jiān)測(cè)可以便捷、安.全地得到氯氣純度及氯含氫數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)氯氣總管氯氣的純度、氯中氫合量,達(dá)到了氯氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)和安.全監(jiān)測(cè)的雙重目的。