氯气处理系统技术改造

张菊青，王小敏

(1. 河南同生环境工程有限公司 河南 郑州 451000;2. 河南平煤神马开封东大化学有限公司, 河南 开封 475000)

河南平煤神马开封东大化学有限公司扩建10万t/a烧碱配套新上了氯气处理系统，合并处理老5万t/a烧碱的氯气；新上2套氢气处理系统，分别处理2套烧碱装置生产的氢气。其中氯气处理系统的主要设备包括1台氯水洗涤塔，1台钛冷却器，1台组合式干燥塔及A、B、C 3台氯气透平机，氯气透平机型号LYJ-2200/0.36，电动机功率180 kW，主轴转速20 000 r/min,于2007年7月投入生产使用，目前已运行10多年。因设备腐蚀、电气故障等多次出现氯气透平机损坏事故，仅2019年就发生3次氯气换热器泄漏和2次透平机跳闸事故，严重影响了公司的正常生产运行。

1 氯气处理工艺流程

电解来的高温湿氯气经氯水洗涤塔洗涤后，通过钛管冷却器与8 ℃水换热冷却，再通过组合式干燥塔内的浓硫酸去除水分，经酸雾捕集器捕集酸雾后变为干燥氯气，由氯气透平机一级吸入口进入一级压缩缸，压缩后气体经过一级冷却器冷却后由二级吸入口进入二级压缩缸，压缩后进入二级冷却器，冷却后进入氯气分配台送往氯气液化工段。

2 事故实例

2.1 事故案例一

2019年4月22日，电解槽开车前，氯气透平机B机投入运行，电解槽开始升电流后，发现氯水洗塔前氯气出现正压，透平机带不上量，立即停车，检查发现透平机一级氯气与水换热的换热器泄漏，透平机二级高速轴及叶轮腐蚀，不能继续使用，需要立即返厂维修。

直接原因：氯气透平机B机一级换热器透水，水从透平机一级进口与氯气一起抽入，水与氯气立即生成盐酸和次氯酸，反应方程式如下：

生成的次氯酸极易分解为HCl，并放出新生态的氧，新生态的氧具有更强的氧化性，所以含水氯气具有强烈的氧化性，强腐蚀性物质迅速与氯气透平机泵内金属部件发生氧化还原反应，造成二级高速轴及叶轮腐蚀报废，泵头损坏严重，无法正常工作。

氯气透平机B机5月13日泵头修复后返回安装，5月19日公司大修完成，开车调试正常后投入运行。

2.2 事故案例二

2019年4月27日6：00，操作人员巡检发现循环水回水池内漂浮大量白色泡沫，周围伴有氯气味道，用pH试纸测试各台氯压机换热器循环水出水，发现透平机C机二级换热器出水pH值是2，呈强酸性，判断换热器泄漏，立即做倒机处理。由于处理及时，避免了更大的设备损坏事故。

2.3 事故案例三

2019年5月11日12:37:01，氯气透平机C机突然跳闸停车，操作人员发现后为防止氯气大正压造成透平机A机喘振，手动点停了A机。12:37:58，DCS出现LY-C0401A氯压机A机停止信号，同时出现LYJQT信号；12:37:59，出现AAAAAA公用联锁信号，同时出现YSA-101A、B、C、D、E、F(整流器A-F联锁停车信号)，R-230整流器A、B、C、D、E、F联锁停车，新、老电解槽全部联锁停车；12:38:09，出现YSA-C0441A1、B1、C1(氢压机联锁停车信号)，10万t/a系统氢压机A、B、C联锁停车，同时出现ZLQQT(整流器全停信号)。

事故原因：停车检查发现氯气透平机C机电动机轴承抱死，电动机损坏。停车拆除后送电动机厂家维修。

此次事故中，老电解3台电解槽全部联锁停车后，配套的5万t/a A氢压机因仪表控制线传输接线断开，“全部电解槽跳闸联锁氢压机跳闸”的联锁未得到执行，造成电解槽内氢气系统压力低于氯气压力，槽内出现-15 kPa的大负压差，电解槽极网变形。操作人员停车5 min后发现氢压机仍在运行中，手动点停了氢压机。

2.4 事故案例四

2019年5月31日，因断电，3台透平机跳闸，氯气透平机B机一级换热器再次透水，一二级叶轮腐蚀报废，泵头返厂维修。

3 技术改造措施

针对5月11日透平机C机电动机烧坏和5月31日3台透平机同时跳闸2次生产事故，分析造成事故的直接原因是设备老化，发生缝隙腐蚀泄漏，造成透平机损坏；间接原因是循环水水质差，水内氯根含量高、盐分高，造成化学腐蚀，致使焊缝处更易发生腐蚀，造成设备泄漏，出现生产事故。为避免再次出现类似生产事故，进行了以下技术改造。

3.1 更改氯气透平机换热器循环水出口管道

氯气透平机一级、二级换热器多次出现腐蚀泄漏，尤其是一级换热器泄漏后，列管内循环水进入干氯气侧，造成透平机叶轮腐蚀、高速轴损坏等重大事故，维修费用动辄数十万元。为避免循环水进入氯气侧，降低损失，在不增加设备投资情况下，降低换热器循环水出口压力是最有效的方法。

将3台透平机换热器原循环水管道管径150 mm改为250 mm，将换热器循环水出口侧的上封头去掉，将封头改为敞口型直接对大气，一、二级换热器循环水出水进入敞口的上封头，溢流到DN 250的循环水出口总管道。

3.2 循环水回水管道安装pH在线检测仪

2019年4月，2次出现氯气透平机换热器循环水泄漏，造成氯气透平机损坏和全系统停车事故，由于没有在线pH值检测，不能及时发现换热器泄漏。

循环水进入氯气侧会发生反应，生成次氯酸和盐酸，腐蚀换热器内的列管(碳钢材质)，通过检测循环水回水pH值变化可以及时发现问题。

在3台氯气透平机循环水回水总管的管道上安装pH值检测计，进行pH值实时检测，将数据远传处至氯氢操作室，方便员工及时观察pH值的变化，及时发现问题，避免出现设备腐蚀等重大事故。

3台透平机冷却水回水管道安装pH值在线检测后，可以通过观察pH值变化，及时发现问题，避免出现设备腐蚀等重大事故。

3.3 做好氯气透平机日常维护

①压缩机连续运行过程中，定期记录操作数据：氯气的各级排气压力和温度，润滑油的供油压力和温度、轴承温度、轴振动、轴位移监测数据。②定期观察油过滤器前后压差，大于0.05 MPa时及时切换手柄。同时清洗或更换停运的过滤筒滤网。③注意油箱液位过低时应补充新油。④定时检测氯气中水分含量，只有氯气中含水质量分数小于0.01%才能保证叶轮、缸体等氯气接触部件不被腐蚀。⑤定时检查冷却水中的氯离子。⑥运转过程中注意压缩机、电动机有否不正常声音，如有异常应判断是否应停车检查。⑦仔细检查管道有否泄漏及震动。⑧定时检查排放管工作是否正常，如不正常应打开旁路阀关闭排放管的隔断阀，调整旁路阀以便排放正常，然后打开排放管清洗或修理阀件。