从一起事故谈电石法氯乙烯转化过程中的安全风险防控
2023年6月19日，新疆生产建设兵团某化工公司在焊接管廊管架支撑过程中，引发动火点周边乙炔管道发生闪燃，并继而引发相邻另一条乙炔管道和合成车间混合器相继闪燃、闪爆，造成1人死亡，事故原因还在进一步调查中。引发本起事故的直接原因虽然是动火作业，但波及的却是合成车间混合器，由此需要反思的是：如何管控氯乙烯转化过程中的风险？
电石法氯乙烯的合成过程涉及到乙炔与氯化氢混合与转化。混合是乙炔与氯化氢在混合器中进行；转化是在数十台甚至是上百台的转化器中连续进行。转化器是管式反应换热器，管中填充氯化汞作为催化剂，乙炔与氯化氢的混合气体在催化剂的催化作用下生成氯乙烯。
众所周知，乙炔与氯化氢的反应是放热反应，为保证反应的顺利进行，必须及时把产生的反应热移走，而冷媒就是用于移走反应热的载体。如果转化器内的冷媒不能实现正常循环，不能及时移走转化器内的反应热，后果是十分严重的。如冷媒循环不畅，可能会造成单台转化器温度过高。同时，如果因热量不能及时移走，还可能导致转化率低，反应不完全，造成VCM中乙炔含量增加，可能会造成VCM压缩机爆炸。在电石法氯乙烯合成转化过程中，混合器与转化器都曾发生过爆炸事故，如果转化不充分还会对下游设备造成危害。
典型案例
2005年5月26日凌晨7：04分，某树脂分厂氯乙烯混合器因系统急剧升温，紧急切断阀未动作，混合器发生爆炸起火，造成多人受伤。此次事故由于离子膜电解槽冷却水循环水池排污阀被人打开，致使离子膜电解槽无冷却水，部分电解槽工艺联锁触发后氯气系统波动，从而使氯化氢气体中含有大量的游离氯，在氯乙烯车间混合器与乙炔发生剧烈反应后造成混合器爆炸着火。 2007年1月26日，某企业氯乙烯转化岗位混合脱水处运行过程中，转化混合脱水酸雾捕集器出入口PVC管道发生爆炸。PVC管道被炸碎，2台酸雾捕集器起火燃烧，烧坏过滤器滤芯中的氟硅油棉被，幸未造成人员伤亡。事故发生后，经调取DCS系统历史趋势发现，HCl合成主控DCS显示5#石墨合成炉氢气流量瞬时为零，分析原因为氢气中断造成合成反应产物HCl中游离氯超标，与乙炔气发生剧烈放热反应导致爆炸。 2007年10月23日，某企业氯乙烯工段在开车过程中，通知氯化氢工段给氯乙烯转化工段送气，送气7分钟后排空，通知乙炔工段送乙炔气，在送气约2分钟后，氯乙烯合成工序发生爆炸，所幸未造成人员伤亡。经分析，氯化氢送气时，有过量游离氯和乙炔发生剧烈放热分解反应，是本次事故发生的主要原因。 2010年12月2日，内蒙古某氯碱化工有限公司发生一起氯乙烯转化器爆炸事故，造成3人死亡，1人受伤。事故的直接原因是在处理转化器漏点时，操作人员错误地关闭了补水阀、旁通阀、溢流阀、蒸汽回流阀，致使氯化氢和乙炔的混合气体在催化剂的作用下反应生成氯乙烯的反应热不能及时移走，最终导致转化器内的热水汽化而发生爆炸。 从上述四起事故分析，氯化氢气体中含有游离氯会对氯乙烯合成过程带来极大的安全隐患，严重时可能造成爆炸事故。因此，应严格控制氯化氢气体中的游离氯含量，这就需要从氯氢合成工序严格控制，二合一组合式氯化氢合成炉设置氢气/氯气比例控制回路，氯化氢合成炉出口管道上设置游离氯在线监测报警。同时在氯乙烯转化混合器设温度高高、压力高高联锁切断乙炔和氯化氢，并在混合器设置温度监控、调节阀、爆破片，防止超压发生爆炸事故。
防范措施 针对以上可能会导致氯乙烯混合与转化工序的风险，建议采取以下防范措施： 一、要严防氯化氢中游离氯过量 氯化氢合成过程中，如果氢气与氯气配比不当或压力波动时，会使氯化氢中含有游离氯，它与乙炔气在混合器中进行混合即发生剧烈反应生成氯乙炔，并放出大量的热量，使得混合气体瞬间体积扩大，从而在混合脱水的混合器、石墨冷却器、酸雾过滤器等薄弱环节发生爆炸，其破坏性极大，因此必须严格控制。
二、要密切关注氯乙烯转化器热点 温度 当前，电石乙炔法氯乙烯生产装置采用多台前转化器和后台转化器组合工艺，自动化控制水平低，部分企业进入单台转化器的乙炔和氯化氢流量没有根据转化器温度实现流量自动调节和比例控制，当某台氯乙烯转化器出现温度超高或超低时，必须人工调整转化器入口乙炔和氯化氢的流量及配比，反应较为滞后。如果温度过高，则催化剂效能高，反应加快，可能会造成温度、压力急剧升高，控制不好可能会导致火灾爆炸事故；如果长期负荷不均匀，可能会造成转化器列管与管板之间产生温差应力，导致转化器内漏。
三、要严格控制进入混合器的氯化 氢气体与乙炔气体的比例 氯乙烯合成中，乙炔和氯化氢的过量对反应不利，特别是乙炔过量，可能导致催化剂分解及中毒，一般生产过程中控制乙炔与氯化氢的比例为1:（1.05～1.10）。氯化氢稍微过量，主要是为了确保乙炔完全反应，避免过量的乙炔在转化器中与转化触媒氯化汞发生反应，生成易爆的乙炔汞，发生爆炸。因此，需要在混合器出口设置温度高限报警及联锁，超温时应立即调整乙炔气的流量，温度高高时联锁切断乙炔气体，充入氮气。部分企业已将乙炔气流量与混合器温度进行自动联锁调节，乙炔气流量和氯化氢流量实现了比例自动控制，有效防止乙炔气过量后与触媒中的氧化汞发生反应，从而引发爆炸着火事故。 各企业应对该问题高度重视，完善自动化控制系统，实现混合器、转化器进口原料流量的自动调节和比例控制，及时调整转化器负荷，减少人为操作失误的可能，提高装置的本质安全水平。