離心式氯氣壓縮機進水事故分析與總結

王曉東

（中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司，河南 開封 475003）

1 離心式氯氣壓縮機進水事故的經過

中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司擴建的10萬t/a離子膜氯氣處理裝置使用杭州求是透平機制造有限公司制造的LYJⅡ-0.36/22000氯氣透平機，3臺氯氣透平機中2臺（1#、2#）為185 kW、轉速22 536 r/min，另一臺（3#）功率為220 kW、轉速22 790 r/min，以開2備1方式運行。壓縮機工作流程見圖1。壓縮機級間冷卻器采用管殼式，為便于清洗和防腐，水走管程、氯氣走殼程。整套機組設備從一級進口管道、高速葉輪、一二級冷卻器，至氯氣分配臺，全部使用鐵質材質。氯氣透平機是一種高速旋轉的大型設備，葉輪轉速在22 000 r/min.以上，雖有諸多優點，但也對進入系統的氯氣、各系統工藝條件、人員操作水平和事故處置能力提出了更加嚴格的要求。

氯中含水量是氯氣進入氯壓機最重要，也是最關鍵指標要求，氯氣處理流程示意圖見圖2，從氯氣處理的工藝流程能夠明顯看出，氯氣的所有進入氯壓機之前處理設備的目的都是降低氯氣含水量，使之≤200×10-6。另外，機組的一、二級冷卻采用了循環水無壓回水工藝，防止冷卻器腐蝕時循環水進入氯氣系統，以確保管道和氯氣透平機在高速旋轉時的安全穩定運行。

該公司自2007年8月氯氣透平機投入運行以來，雖然在設備的操作維護、故障監測、事故處理等方面遇到了一系列的問題，但總體運行較為平穩，沒有出現過大的設備故障和停機事故。但隨著裝置中部分管道、設備的使用壽命到期，由于二級冷卻器滲漏，致使大量循環水進入氯氣系統；造成了氯氣透平機大齒輪，一、二級高速葉輪、小齒輪等幾乎所有機械轉動部件的嚴重損壞。

2012年10月16日白班，離子膜氯氫處理員工在巡檢時發現，無壓回水池內有濃重的氯氣味，經查找和pH值檢測后，發現3#氯壓二級冷卻器漏氯。當班人員立即聯系公司生產調度中心，說明事故情況，對3#氯壓機采取緊急倒泵措施。待備用泵完全帶量運行，3#氯壓機卸掉負荷并完全退出系統后，空載運行。隨后，關閉氯壓機進出口閥門，打開泵后去次氯的泄壓閥，開啟充氮閥門對氯壓機進行氮氣置換，待置換完全后停氯壓機。最后，關閉一二級冷卻器循環水進口閥門。為防止設備腐蝕后循環水進入氯氣系統，在透平機各系統完全停機后，技術人員對一、二級換熱器排污閥、二級換熱器氯氣出口管道的排污閥進行逐一檢查，均未發現有水流出，以此判斷事故未造成循環水進入氯氣系統。待二級冷卻器檢修完成，恢復正常后，根據生產需要，對3號泵進行并泵帶量開車。操作人員按規程先對3號泵進行空載運行，當啟動電機后，氯壓機電流、聲音、震動正常，10 min后氯壓機聲音逐漸增大，操作人員認為可能是回流量過小，立即打開回流旁路閥，并對3號泵氯氣系統微開進口閥門，進行氯氣置換和憋壓操作，為3號泵的并網操作和帶量運行做好準備工作。當氯壓機二級出口壓力和泵后氯氣總管網壓力一致進行并網操作時，氯壓機聲音不明升高，震動明顯增大，并出現嚴重的喘振現象，操作人員立即全開機組回流和旁路回流閥，以保證足夠的回流量，減小或消除喘振現象，但喘振現象愈加劇烈，聲音異常升高，在氯氣透平機完全退出管網空載運行后，仍無好轉跡象。對此，當班人員立即對3號泵采取緊急退出和停機操作，以防止出現重大安全生產和設備事故。當17日白班維修人員對離心式氯氣壓縮機拆卸檢修時，發現氯氣系統的進出口管道、氯壓機的一二級渦殼、一二級冷卻器殼程積存了大量的水，而一二級高速葉輪已經被嚴重腐蝕。由于在開車時氯壓機高速旋轉，動平衡被嚴重打破，增速相中的大齒輪和高速轉子齒牙被嚴重掰斷，造成了整臺設備幾乎全部報廢。

圖1 氯壓機工作流程

圖2 氯氣處理工藝流程示意圖

2 事故原因分析

（1）通過氯壓機的工藝流程圖可以看出，只有氯壓機組一、二級換熱器的循環水與氯氣間接換熱，循環水中含有大量的氯氣，能夠明顯判斷是一、二級換熱器腐蝕滲漏。由于機組一二級冷卻器采用無壓回水工藝，在氯壓機正常帶量運行時，氯氣系統壓力控制為0.10～0.21 MPa，即使是管殼式換熱器被腐蝕，水也很難進入氯氣系統中。只有當氯壓機在停車過程中，隨著負荷的減小，氯氣系統壓力隨之降低，尤其是在單機完全退出系統時，氯氣系統的壓力可能不足以維持系統的安全；或者是在動力電完全停止后，二級換熱器循環水進口閥門沒有及時關閉，即使無壓回水，也可能造成循環水進入氯氣系統。

（2）由于在二級冷卻器修復完成后，沒有及時對氯壓機系統進行全面的分析、檢查、確認，就恢復氯氣透平機的帶量運行，導致開車時氯氣大量進入，與管道中的積水形成氯水。

（3）在氯壓機的減量運行和退出操作時，是以逐漸開大機組回流閥和旁路閥來實現的，否則將會引起氯壓機的喘振，而這恰恰造成了二級換熱器中的水由機組回流管路進入高速葉輪渦殼中，給后來透平機再次開車，氯氣進入與水結合形成了具有強腐蝕性的氯水提供了根本條件。伴隨著葉輪的高速旋轉（22 790 r/min）、溫度的急劇升高，氯水對葉輪的腐蝕迅速加劇，在強大的外力作用下，機械動平衡短時間內被完全打破，引起機器劇烈震動，聲音異常和喘振。

3 拆修過程跟蹤記錄

（1）二級冷卻器漏點的檢查確認和修復。待氯壓機組各系統完全停車后，檢修人員對二級冷卻器進行漏點檢測和焊補。為準確查找漏點，檢修人員先打開換熱器上端循環水回水封頭，并通過透平機進口氯氣管道充氮閥門和其他工藝操作，實現氯氣系統的密閉憋壓，使充入氯氣系統的氮氣壓力控制為0.10～0.21 MPa。然后在二級冷卻器上端面布管出口上，用刷肥皂水的方式逐一進行漏點檢測和確認，將有吹肥皂泡的列管確定為漏管。經檢測，共有5根上端面布管出口吹肥皂泡。由于不影響整體氯氣的換熱效果，決定對有漏點的5根列管、進行兩端面管口封焊，待焊補完成后，再次進行氮氣保壓試漏檢測，均未出現吹肥皂泡的現象。至此，二級冷卻器的漏點檢測確認和焊補完成。

（2）事故停機后，工作人員當時即對氯氣系統的排污閥門進行打開檢查，但是都沒有水排出。在對整個系統拆卸檢查時，才發現排污管道和閥門由于長期受氯氣中微量干燥硫酸結晶體的沉積和氯氣壓力的作用，已完全被堵賽。以至于打開排污管道閥門時沒有水流出，這也是造成本次事故發生根本性改變的關鍵。

（3）確認透平機進水事實。在氯氣透平機開車時，因劇烈震動，嚴重喘振、聲音異常而被迫緊急停車后，沒有對氯壓機是否進水提出過質疑，錯誤地認為是由于在并網過程中回流量調節不穩，現場操作與DCS配合調節不默契所致。待第二天拆開氯壓機一二級進口膨脹節，查看原因時，管道中有大量的氯水流出，氯壓機進水的事實才最終得到證實。

4 經驗和教訓

（1）當巡檢人員發現設備故障和跑氯現象時，在對事故原因未準確判斷時，即盲目對氯壓機采取措施，對事故的應急處置能力和經驗明顯不足，注意力完全放到急于處理事故，消除危害上面，缺乏對全系統的總體思考和對關鍵部位的保護，更放松了停機后對系統進行全面深入的檢查。

（2）氯氣系統排污管道閥門的堵塞和二級冷卻器的腐蝕滲漏，是本次事故的關鍵。這緣于長期疏于對氯氣系統設備，管道和閥門的隱患排查、維護保養，以及對設備使用周期的事故風險分析評估，更缺乏對員工在應對突發性安全生產、設備工藝事故時的應急處置能力的演練和培訓。

5 預防措施

（1）目前，對運行氯壓機一二級換熱器是否漏氯，是采用人工檢測循環水pH值進行確認，一方面，不準確；另一方面，由于不是實時在線監測，對出現氯氣滲漏時的處理比較被動，很容易造成重大氯氣泄漏和設備損壞。下一步的改進措施是在循環水回水管路中安裝游離氯電極電位檢測儀，實現對運行氯壓機24 h監測。

（2）由于是在停機操作過程中壓力控制失誤、循環水進水閥門關閉不及時導致事故發生，擬對氯壓機開停車操作規程中不符合實際生產安全的方面加以改進，不斷完善和改進操作工藝流程。

（3）由于多數氯堿廠家使用的氯壓機都有備機，應加強對使用壽命接近到期的設備、管道停機后的試壓、試漏。氯壓系統使用的設備為鐵質材質，干燥氯氣用的是濃硫酸，長期運行后管道中會有大量的鐵銹和干燥的硫酸晶體，因此，應定期吹掃設備和管道，尤其是一、二級換熱器和氯氣管道排污閥，更要定期吹掃，保持暢通。

（4）對氯氣透平機這種大型的高速轉動設備，不管發生任何大小事故都要認真對待，確保萬無一失。