离心式氯气压缩机进水事故分析与总结

王晓东

（中国平煤神马集团开封东大化工有限公司，河南 开封 475003）

1 离心式氯气压缩机进水事故的经过

中国平煤神马集团开封东大化工有限公司扩建的10万t/a离子膜氯气处理装置使用杭州求是透平机制造有限公司制造的LYJⅡ-0.36/22000氯气透平机，3台氯气透平机中2台（1#、2#）为185 kW、转速22 536 r/min，另一台（3#）功率为220 kW、转速22 790 r/min，以开2备1方式运行。压缩机工作流程见图1。压缩机级间冷却器采用管壳式，为便于清洗和防腐，水走管程、氯气走壳程。整套机组设备从一级进口管道、高速叶轮、一二级冷却器，至氯气分配台，全部使用铁质材质。氯气透平机是一种高速旋转的大型设备，叶轮转速在22 000 r/min.以上，虽有诸多优点，但也对进入系统的氯气、各系统工艺条件、人员操作水平和事故处置能力提出了更加严格的要求。

氯中含水量是氯气进入氯压机最重要，也是最关键指标要求，氯气处理流程示意图见图2，从氯气处理的工艺流程能够明显看出，氯气的所有进入氯压机之前处理设备的目的都是降低氯气含水量，使之≤200×10-6。另外，机组的一、二级冷却采用了循环水无压回水工艺，防止冷却器腐蚀时循环水进入氯气系统，以确保管道和氯气透平机在高速旋转时的安全稳定运行。

该公司自2007年8月氯气透平机投入运行以来，虽然在设备的操作维护、故障监测、事故处理等方面遇到了一系列的问题，但总体运行较为平稳，没有出现过大的设备故障和停机事故。但随着装置中部分管道、设备的使用寿命到期，由于二级冷却器渗漏，致使大量循环水进入氯气系统；造成了氯气透平机大齿轮，一、二级高速叶轮、小齿轮等几乎所有机械转动部件的严重损坏。

2012年10月16日白班，离子膜氯氢处理员工在巡检时发现，无压回水池内有浓重的氯气味，经查找和pH值检测后，发现3#氯压二级冷却器漏氯。当班人员立即联系公司生产调度中心，说明事故情况，对3#氯压机采取紧急倒泵措施。待备用泵完全带量运行，3#氯压机卸掉负荷并完全退出系统后，空载运行。随后，关闭氯压机进出口阀门，打开泵后去次氯的泄压阀，开启充氮阀门对氯压机进行氮气置换，待置换完全后停氯压机。最后，关闭一二级冷却器循环水进口阀门。为防止设备腐蚀后循环水进入氯气系统，在透平机各系统完全停机后，技术人员对一、二级换热器排污阀、二级换热器氯气出口管道的排污阀进行逐一检查，均未发现有水流出，以此判断事故未造成循环水进入氯气系统。待二级冷却器检修完成，恢复正常后，根据生产需要，对3号泵进行并泵带量开车。操作人员按规程先对3号泵进行空载运行，当启动电机后，氯压机电流、声音、震动正常，10 min后氯压机声音逐渐增大，操作人员认为可能是回流量过小，立即打开回流旁路阀，并对3号泵氯气系统微开进口阀门，进行氯气置换和憋压操作，为3号泵的并网操作和带量运行做好准备工作。当氯压机二级出口压力和泵后氯气总管网压力一致进行并网操作时，氯压机声音不明升高，震动明显增大，并出现严重的喘振现象，操作人员立即全开机组回流和旁路回流阀，以保证足够的回流量，减小或消除喘振现象，但喘振现象愈加剧烈，声音异常升高，在氯气透平机完全退出管网空载运行后，仍无好转迹象。对此，当班人员立即对3号泵采取紧急退出和停机操作，以防止出现重大安全生产和设备事故。当17日白班维修人员对离心式氯气压缩机拆卸检修时，发现氯气系统的进出口管道、氯压机的一二级涡壳、一二级冷却器壳程积存了大量的水，而一二级高速叶轮已经被严重腐蚀。由于在开车时氯压机高速旋转，动平衡被严重打破，增速相中的大齿轮和高速转子齿牙被严重掰断，造成了整台设备几乎全部报废。

图1 氯压机工作流程

图2 氯气处理工艺流程示意图

2 事故原因分析

（1）通过氯压机的工艺流程图可以看出，只有氯压机组一、二级换热器的循环水与氯气间接换热，循环水中含有大量的氯气，能够明显判断是一、二级换热器腐蚀渗漏。由于机组一二级冷却器采用无压回水工艺，在氯压机正常带量运行时，氯气系统压力控制为0.10～0.21 MPa，即使是管壳式换热器被腐蚀，水也很难进入氯气系统中。只有当氯压机在停车过程中，随着负荷的减小，氯气系统压力随之降低，尤其是在单机完全退出系统时，氯气系统的压力可能不足以维持系统的安全；或者是在动力电完全停止后，二级换热器循环水进口阀门没有及时关闭，即使无压回水，也可能造成循环水进入氯气系统。

（2）由于在二级冷却器修复完成后，没有及时对氯压机系统进行全面的分析、检查、确认，就恢复氯气透平机的带量运行，导致开车时氯气大量进入，与管道中的积水形成氯水。

（3）在氯压机的减量运行和退出操作时，是以逐渐开大机组回流阀和旁路阀来实现的，否则将会引起氯压机的喘振，而这恰恰造成了二级换热器中的水由机组回流管路进入高速叶轮涡壳中，给后来透平机再次开车，氯气进入与水结合形成了具有强腐蚀性的氯水提供了根本条件。伴随着叶轮的高速旋转（22 790 r/min）、温度的急剧升高，氯水对叶轮的腐蚀迅速加剧，在强大的外力作用下，机械动平衡短时间内被完全打破，引起机器剧烈震动，声音异常和喘振。

3 拆修过程跟踪记录

（1）二级冷却器漏点的检查确认和修复。待氯压机组各系统完全停车后，检修人员对二级冷却器进行漏点检测和焊补。为准确查找漏点，检修人员先打开换热器上端循环水回水封头，并通过透平机进口氯气管道充氮阀门和其他工艺操作，实现氯气系统的密闭憋压，使充入氯气系统的氮气压力控制为0.10～0.21 MPa。然后在二级冷却器上端面布管出口上，用刷肥皂水的方式逐一进行漏点检测和确认，将有吹肥皂泡的列管确定为漏管。经检测，共有5根上端面布管出口吹肥皂泡。由于不影响整体氯气的换热效果，决定对有漏点的5根列管、进行两端面管口封焊，待焊补完成后，再次进行氮气保压试漏检测，均未出现吹肥皂泡的现象。至此，二级冷却器的漏点检测确认和焊补完成。

（2）事故停机后，工作人员当时即对氯气系统的排污阀门进行打开检查，但是都没有水排出。在对整个系统拆卸检查时，才发现排污管道和阀门由于长期受氯气中微量干燥硫酸结晶体的沉积和氯气压力的作用，已完全被堵赛。以至于打开排污管道阀门时没有水流出，这也是造成本次事故发生根本性改变的关键。

（3）确认透平机进水事实。在氯气透平机开车时，因剧烈震动，严重喘振、声音异常而被迫紧急停车后，没有对氯压机是否进水提出过质疑，错误地认为是由于在并网过程中回流量调节不稳，现场操作与DCS配合调节不默契所致。待第二天拆开氯压机一二级进口膨胀节，查看原因时，管道中有大量的氯水流出，氯压机进水的事实才最终得到证实。

4 经验和教训

（1）当巡检人员发现设备故障和跑氯现象时，在对事故原因未准确判断时，即盲目对氯压机采取措施，对事故的应急处置能力和经验明显不足，注意力完全放到急于处理事故，消除危害上面，缺乏对全系统的总体思考和对关键部位的保护，更放松了停机后对系统进行全面深入的检查。

（2）氯气系统排污管道阀门的堵塞和二级冷却器的腐蚀渗漏，是本次事故的关键。这缘于长期疏于对氯气系统设备，管道和阀门的隐患排查、维护保养，以及对设备使用周期的事故风险分析评估，更缺乏对员工在应对突发性安全生产、设备工艺事故时的应急处置能力的演练和培训。

5 预防措施

（1）目前，对运行氯压机一二级换热器是否漏氯，是采用人工检测循环水pH值进行确认，一方面，不准确；另一方面，由于不是实时在线监测，对出现氯气渗漏时的处理比较被动，很容易造成重大氯气泄漏和设备损坏。下一步的改进措施是在循环水回水管路中安装游离氯电极电位检测仪，实现对运行氯压机24 h监测。

（2）由于是在停机操作过程中压力控制失误、循环水进水阀门关闭不及时导致事故发生，拟对氯压机开停车操作规程中不符合实际生产安全的方面加以改进，不断完善和改进操作工艺流程。

（3）由于多数氯碱厂家使用的氯压机都有备机，应加强对使用寿命接近到期的设备、管道停机后的试压、试漏。氯压系统使用的设备为铁质材质，干燥氯气用的是浓硫酸，长期运行后管道中会有大量的铁锈和干燥的硫酸晶体，因此，应定期吹扫设备和管道，尤其是一、二级换热器和氯气管道排污阀，更要定期吹扫，保持畅通。

（4）对氯气透平机这种大型的高速转动设备，不管发生任何大小事故都要认真对待，确保万无一失。