沈長(zhǎng)廳

(昆明云能化工有限公司燒堿廠,云南 昆明 650300)

氯氣透平壓縮機(jī)是氯堿生產(chǎn)的重要設(shè)備，能穩(wěn)定電解氯氫的壓差，把電解生產(chǎn)的氯氣經(jīng)冷卻、干燥后，升壓輸送至液化、氯化氫工序。氯氣透平機(jī)如不能正常運(yùn)行，將影響燒堿及PVC產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不安全事故的發(fā)生。

1 氯氣透平機(jī)壓縮機(jī)概述

1.1 工作原理

氯氣透平壓縮機(jī)是由一臺(tái)變速箱和兩個(gè)壓縮缸，一個(gè)主油泵組成的離心式壓縮機(jī)。電機(jī)通過連軸器連接變速箱內(nèi)的大齒輪，在變速箱內(nèi)，大齒輪帶動(dòng)高速軸上的小齒輪軸；小齒輪軸與一二級(jí)壓縮缸連接。大齒輪帶動(dòng)小齒輪驅(qū)動(dòng)，使兩個(gè)壓縮缸軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，然后高速轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)。一級(jí)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)氯氣做功，使氯氣獲得動(dòng)能。高速運(yùn)動(dòng)摩擦使氯氣溫度快速升高。具有動(dòng)能的氯氣，經(jīng)過高速壓縮缸升壓后，進(jìn)入二級(jí)葉輪再次升壓。透平壓縮機(jī)采用了兩級(jí)壓縮和兩級(jí)冷卻。

1.2 性能

氯氣透平壓縮機(jī)是通過齒輪箱變速，大齒輪傳動(dòng)小齒輪，大齒輪轉(zhuǎn)一圈，小齒輪轉(zhuǎn)六圈。通過兩級(jí)葉輪來壓縮氯氣，使氯氣壓力逐級(jí)提高。葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氯氣隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力。葉輪旋轉(zhuǎn)對(duì)氯氣做功，氯氣與葉輪之間相互作用，使壓縮氯氣的動(dòng)能增大，氯氣壓力增加。和離心泵原理一樣，在電機(jī)帶動(dòng)下，透平機(jī)轉(zhuǎn)軸經(jīng)過變速箱變速后，壓縮缸的軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度是電機(jī)轉(zhuǎn)速的6倍。葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氯氣旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力的作用，氯氣被加速甩出葉輪。被甩出葉輪的氯氣，進(jìn)入葉輪蝸殼中。葉輪中心位置形成了負(fù)壓，負(fù)壓的存在保證了氯氣能被輸送進(jìn)入葉輪蝸殼中。蝸殼內(nèi)的氯氣壓力增加，向出口排出。葉輪周而復(fù)始的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保氯氣連續(xù)不斷的在壓縮機(jī)內(nèi)流動(dòng)。離心力的作用，使得甩出的氯氣速度增加，動(dòng)能提高，壓力增加。昆明云能化工透平機(jī)是串聯(lián)安裝兩級(jí)葉輪升壓，出口壓力達(dá)到工藝生產(chǎn)要求。

1.3 結(jié)構(gòu)

本裝置的氯氣透平壓縮機(jī)是由兩級(jí)高速葉輪壓縮箱、1臺(tái)高速電機(jī)、1個(gè)高速齒輪變速箱、兩臺(tái)列管試?yán)鋮s器、輔助油泵、油換熱器、油過濾器、主油泵、軸瓦、氮封系統(tǒng)組成，生產(chǎn)能力為6萬t/a。昆能化工現(xiàn)有兩臺(tái)，年輸送能力12萬噸。

1.4 氯氣系統(tǒng)流程

從電解槽陽極出來的氯氣(溫度約 85 ℃)，經(jīng)鈦列管換熱器對(duì)鹽水加溫，濕氯氣的溫度降至約 65 ℃ ；經(jīng)過氯氣總管進(jìn)入氯氣洗滌塔底部，自下而上運(yùn)行；循環(huán)泵輸送的氯水至換熱器降溫后，進(jìn)入洗滌塔頂部噴頭，自上而下；氯水與氯氣逆流直接接觸，氯氣中的鹽及雜質(zhì)被氯水洗滌帶走，氯氣被冷卻至 40 ℃ 以下，氯氣中攜帶的水份降溫后大部分被去除。出洗滌塔后的氯氣，經(jīng)過鈦材質(zhì)的列管換熱器，氯氣從冷卻器自上而下，用 5 ℃ 冷凍鹽水冷卻至12 ～15 ℃。氯氣經(jīng)水霧捕集器除水后，進(jìn)入填料干燥塔下部，自下而上運(yùn)行。循環(huán)泵輸送至換熱器冷卻的硫酸，從填料干燥塔頂部噴淋，自上而下，大于76%的硫酸直接與氯氣逆流接觸，除去氯氣中的一部分水。一次硫酸干燥后的氯氣，再進(jìn)入泡罩干燥塔下部，與高位槽自流而下的98%濃硫酸反方向相互接觸，進(jìn)行二次硫酸干燥。干燥后的氯氣，經(jīng)酸捕集器除去酸霧，然后進(jìn)入透平機(jī)一級(jí)壓縮；經(jīng)一級(jí)冷卻器冷卻后，進(jìn)入二級(jí)壓縮；二級(jí)壓縮后經(jīng)二級(jí)冷卻器冷卻，送至氯氣分配臺(tái)；經(jīng)氯氣分配臺(tái)后，送至液化、氯化氫工序。

2 氯氣透平機(jī)冷卻器泄露原因分析及改進(jìn)

昆明云能化工使用的是杭州求是透平機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的氯氣透平機(jī)，是二級(jí)氯氣壓縮機(jī)。因氯氣壓縮機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速高，葉輪與氯氣產(chǎn)生高摩擦，使得每級(jí)壓縮后氯氣的溫度升高。為順利進(jìn)行下級(jí)的氣體的壓縮，一級(jí)壓縮和二級(jí)壓縮后分別設(shè)有列管式換熱器，即一級(jí)冷卻器和二級(jí)冷卻器。一級(jí)冷卻器和二級(jí)冷卻器用循環(huán)水進(jìn)行換熱。

2.1 冷卻器的結(jié)構(gòu)

冷卻換熱器主要由殼體、列管、封頭、管板、擋板等組成，昆能化工采用的是鑫大化工機(jī)械有限公司制造的列管換熱器。氯氣與循環(huán)水在進(jìn)行換熱時(shí)，循環(huán)水由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，從封頭另一端的出口管流出，循環(huán)水走管程。氯氣從殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，氯氣走殼程。

2.2 冷卻器泄漏的影響

冷卻器泄漏，會(huì)對(duì)透平機(jī)造成毀滅性損害：水進(jìn)入葉輪，腐蝕葉輪，會(huì)對(duì)透平機(jī)組的運(yùn)行壽命造成縮短，導(dǎo)致抽力下降；嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接打破葉輪的動(dòng)平衡，使葉輪及軸承直接損壞。因此冷卻器泄漏，會(huì)對(duì)氯堿穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)造成影響，嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)只能低負(fù)荷運(yùn)行，甚至停產(chǎn)危害。

2.3 冷卻器泄露的原因分析

2.3.1 冷卻器泄漏敘述

昆能化工出現(xiàn)過的設(shè)備事故：2015年8月，運(yùn)行中的氯氣透平機(jī)發(fā)生異響(2 s 左右)。聽到異響聲后，當(dāng)班人員去現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氯氣透平機(jī)巡檢，未有異?，F(xiàn)象；DCS畫面顯示透平機(jī)正常，氯氣總管壓力及分配臺(tái)壓力正常。當(dāng)巡檢人員回到DCS室，氯氣透平機(jī)發(fā)生劇烈的異響聲，DCS此時(shí)顯示氯氣透平機(jī)流量下降，抽力下降；當(dāng)班人員緊急啟動(dòng)備用氯壓機(jī)，停運(yùn)異響的氯氣透平機(jī)。第二天，拆開氯氣透平機(jī)機(jī)頭，機(jī)頭內(nèi)有積水，發(fā)現(xiàn)是一級(jí)冷卻器漏水，導(dǎo)致氯氣透平機(jī)機(jī)頭損壞。

2.3.2 冷卻器泄漏的原因分析及探討

1) 列管換熱器在制造時(shí)，由于未嚴(yán)格執(zhí)行要求，出現(xiàn)了縫隙、殘?jiān)葐栴}。氯氣和水帶壓沖刷管壁，且氯氣在升壓過程中溫度快速升高，高溫高流速加劇了管道滲漏速度。2) 氯氣含水量不達(dá)標(biāo)是造成泄漏的另一原因。氯氣是在冷卻、干燥、除酸霧后進(jìn)入透平壓縮機(jī)，氯氣含水量不達(dá)標(biāo)，將會(huì)加劇腐蝕換熱器。3)冷卻用的循環(huán)水不達(dá)標(biāo)也是造成泄漏原因之一。循環(huán)水是重復(fù)使用的，且使用中在循環(huán)水內(nèi)加入的阻垢劑、次氯酸鈉等，會(huì)腐蝕換熱器。4)氯堿系統(tǒng)用的機(jī)封水要回至循環(huán)水內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)泵有硫酸泵、堿泵、鹽酸泵、次氯酸鈉泵等，含堿、硫酸、鹽酸、次氯酸鈉的泵機(jī)封泄漏，會(huì)把腐蝕的液體帶入循環(huán)水，加劇了換熱器的泄漏。

2.4 冷卻器泄漏的改進(jìn)措施

1) 定時(shí)對(duì)冷卻器檢查，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理；定時(shí)按期更換冷卻器。

2) 定時(shí)對(duì)一、二級(jí)冷卻循環(huán)水中游離氯含量進(jìn)行化驗(yàn)，超標(biāo)及時(shí)檢查處理。

3)加大對(duì)腐蝕液體循環(huán)泵的機(jī)封檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)封泄漏及時(shí)處理。

4) 增加氧化還原電位在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)氧化還原電位增加時(shí)，及時(shí)對(duì)循環(huán)水取樣，分析游離氯含量。增加氧化還原電位聯(lián)鎖，當(dāng)氧化還原電位到 680 mV 時(shí)，機(jī)組聯(lián)鎖跳停。

3 透平機(jī)喘振的分析與改進(jìn)

3.1 透平機(jī)喘振

透平機(jī)在帶負(fù)荷情況下連續(xù)運(yùn)行不會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。透平機(jī)停機(jī)后啟動(dòng)，或未帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象；透平機(jī)帶負(fù)荷較小，手動(dòng)回流開度不夠，也會(huì)發(fā)生喘振。喘振其實(shí)就是透平機(jī)內(nèi)氣體循環(huán)量不夠，進(jìn)氣量及出氣量較小，機(jī)組氣體從進(jìn)口到出口氣體循環(huán)不流暢，總之是氣體流量不夠才會(huì)發(fā)生喘振。喘振會(huì)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大，電流波動(dòng)大，造成機(jī)組異響。

3.2 喘振的危害

透平機(jī)長(zhǎng)時(shí)間喘振會(huì)對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p害。喘振機(jī)組會(huì)劇烈振動(dòng)，噪音是正常的數(shù)倍，導(dǎo)致軸承移位較大，損毀軸承及葉輪。喘振危害有以下幾個(gè)方面:

1)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，影響主油泵供油，破壞供油系統(tǒng)；2)軸承轉(zhuǎn)速時(shí)快時(shí)慢，損壞軸承；3)葉輪損壞，造成齒輪箱破壞，嚴(yán)重會(huì)造成人員傷害；4)電機(jī)移位，壓箱、軸瓦損壞，造成整機(jī)損壞。

3.3 引起喘振的原因分析

壓縮工藝參數(shù)直接影響著透平機(jī)喘振，這些參數(shù)包括:透平機(jī)出口流量、出口壓力、透平機(jī)廢氯控制閥開度、出口旁通閥及自動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度、手動(dòng)回流開度、透平機(jī)進(jìn)口流量、進(jìn)口壓力。某一參數(shù)發(fā)生變化，就有可能引起喘振，尤其是在裝置開車、停車階段。透平機(jī)組進(jìn)口氣體流量過少，出口的回流閥未調(diào)節(jié)到全開的位置，一、二級(jí)出口壓力過低，進(jìn)氣量和出氣量不穩(wěn)定，機(jī)組內(nèi)氣體流量達(dá)不到匹配流量等等，都會(huì)引起喘振。

3.4 操作改進(jìn)

1)透平機(jī)開停機(jī)時(shí)，操作人員需根據(jù)流量來調(diào)整透平機(jī)。流量高時(shí)關(guān)小回流，流量不夠時(shí)開大回流，實(shí)時(shí)保證透平機(jī)流量在 1950 m3/h 以上。開機(jī)前,先全開手動(dòng)回流及自動(dòng)回流開度;停機(jī)前,應(yīng)先全開回流。開停機(jī)時(shí),保證機(jī)組回流全開，即使進(jìn)出口壓力過低，也能讓氣體在機(jī)組充分內(nèi)循環(huán)，不發(fā)生喘振現(xiàn)象。

2)開機(jī)前,對(duì)透平機(jī)進(jìn)行升壓，升壓至 50 kPa ，保證開機(jī)時(shí)機(jī)組內(nèi)有氣體能充分循環(huán)。

3)開機(jī)時(shí),確保泄至廢氣系統(tǒng)的廢氯閥開度，需進(jìn)口氣量和出口氣量相一致，保證機(jī)組內(nèi)的循環(huán)氣量平衡達(dá)到機(jī)組設(shè)計(jì)流量要求。

4)開停機(jī)時(shí)，操作人員時(shí)刻觀察流量、一級(jí)進(jìn)口抽力，時(shí)刻保證機(jī)組抽力，保證氣體循環(huán)流量達(dá)標(biāo)。流量及進(jìn)口無抽力時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

4 潤(rùn)滑油的作用及問題處理

氯氣透平機(jī)齒輪轉(zhuǎn)速達(dá) 17190 r/min。高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生高摩擦和高溫。氯氣透平機(jī)能否正常提供冷卻潤(rùn)滑油，尤為重要。氯氣壓縮機(jī)機(jī)組潤(rùn)滑油由主油泵及副油泵供油。透平機(jī)組啟動(dòng)后，由主油泵供油，機(jī)組停運(yùn)后由副油泵供油；機(jī)組運(yùn)行時(shí)，主油泵運(yùn)行；副油泵聯(lián)鎖停止運(yùn)行，機(jī)組停運(yùn)或跳停時(shí)聯(lián)鎖副油泵自動(dòng)啟動(dòng)供油。供油系統(tǒng)提供 0.15～0.25 MPa 的油壓，經(jīng)熱器換熱后進(jìn)入過濾器除去雜質(zhì)，然后進(jìn)入機(jī)組的前后軸承、齒輪箱等傳動(dòng)部位，潤(rùn)滑齒輪箱油的同時(shí)帶走機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。潤(rùn)滑油系統(tǒng)還有控制摩擦、減少機(jī)件的磨損、防止齒輪銹蝕和對(duì)齒輪振動(dòng)起阻尼的作用。常見的潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障有:油品不合格、潤(rùn)滑油受氯氣污染、主油泵問題、輔助油泵問題、潤(rùn)滑油油箱氮?dú)饷芊獠缓?進(jìn)入空氣)，以及潤(rùn)滑油系統(tǒng)的相關(guān)連鎖失靈等問題。在機(jī)組運(yùn)行過程中，經(jīng)常對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量進(jìn)行檢查(油溫控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供油壓力)，每半年按時(shí)更換潤(rùn)滑油和油過濾器，檢查主油泵及輔助油泵是否完好。

5 氮?dú)饷芊獾目刂萍皢栴}處理

氯氣透平機(jī)一、二級(jí)密封氣體采用的是氮?dú)饷芊?，一?jí)氮封壓力要求0.05 ～0.10 MPa。二級(jí)氮封壓力要求0.10 ～0.15 MPa，氮?dú)鈴目諌褐频ば蛩椭镣钙綑C(jī)?？諌褐频ば蛩椭镣钙綑C(jī)的氮?dú)鈮毫Υ笥?0.4 MPa，存在氮?dú)鈮毫^高且壓力不穩(wěn)定，較難控制氮?dú)饷芊鈮毫?。在進(jìn)入一、二級(jí)氮封前，加裝了減壓閥，使氮?dú)鈮毫刂圃?0.2 MPa 左右，較容易調(diào)節(jié)一、二級(jí)氮封壓力。氮?dú)饷芊鈮毫^高，容易把齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑吹出；壓力較低，會(huì)使氯氣溢至氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)，腐蝕潤(rùn)滑油和齒輪，危害及大。應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氮?dú)饷芊鈮毫?，壓力過低或過高都應(yīng)及時(shí)調(diào)整。當(dāng)空壓制氮工序無法正常供應(yīng)氮?dú)鈺r(shí)，及時(shí)接用備用氮?dú)怃撈抗?yīng)氮?dú)?，保證一、二級(jí)氮封壓力在指標(biāo)范圍內(nèi)。

6 泄壓閥存在問題及改進(jìn)

廢氣泄壓閥設(shè)計(jì)時(shí)，直接至吸收塔。吸收塔口易被積鹽堵塞，開機(jī)時(shí)泄壓閥不能正常工作，導(dǎo)致停機(jī)時(shí)氯氣無法排至廢氣系統(tǒng)，開機(jī)時(shí)透平機(jī)進(jìn)氣及出氣不順暢，流量較低，機(jī)組無抽力現(xiàn)像。把廢氣閥改接至DN300廢氣事故氯氣管上，事故氯氣管進(jìn)廢氣吸收塔口直徑較大，不會(huì)堵塞，泄壓閥改進(jìn)后無排氣不順暢現(xiàn)象。

7 保養(yǎng)及維護(hù)

1)每 4 h 對(duì)透平機(jī)前后軸承溫度、振動(dòng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并做好溫度及振動(dòng)值記錄。2)透平機(jī)一、二級(jí)進(jìn)口增設(shè)過濾網(wǎng)，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行，酸霧捕集器未除干凈的酸泥會(huì)堆積在進(jìn)口過濾網(wǎng)上，堵塞進(jìn)口過濾網(wǎng)，使透平機(jī)抽力下降，影響生產(chǎn)效率。每半年應(yīng)更換潤(rùn)滑油時(shí)，拆開一、二級(jí)進(jìn)口過濾網(wǎng)，取出進(jìn)行清洗，時(shí)刻保證透平機(jī)高效運(yùn)行。3)每年對(duì)儀器儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè)校正，準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)能精確的判斷透平機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。4)每次換油時(shí)，用面團(tuán)清理油箱底部的鐵銹及大顆粒雜質(zhì)；換油時(shí)更換油過濾器，保證油壓壓差穩(wěn)定，使進(jìn)入壓箱的潤(rùn)滑油清潔，保證高速運(yùn)行的齒輪安全運(yùn)行。5)每年檢查換熱器殼程結(jié)垢情況，結(jié)垢及時(shí)清洗污垢，潤(rùn)滑油換熱高效運(yùn)行，使油溫在可控范圍內(nèi)。6)每年對(duì)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

8 總結(jié)

氯氣透平壓縮機(jī)作為氯堿生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，氯氣透平機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行總結(jié)分析，找出問題的所在并改進(jìn)。通過對(duì)氯氣透平機(jī)運(yùn)行過程中存在問題的改進(jìn)，氯氣透平機(jī)已能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，為氯堿安全、穩(wěn)定、高負(fù)荷生產(chǎn)提供了保障。