氯氣透平機安全運行初探

氯氣透平機安全運行初探沈長廳（昆明云能化工有限公司燒堿廠，云南昆明650300）氯氣透平壓縮機是氯堿生產(chǎn)的重要設備，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。氯氣透平機如不能正常運行，將影響燒堿及PVC產(chǎn)量，嚴重時會導致不安全事故的發(fā)生。1氯氣透平機壓縮機概述1工作原理氯氣透平壓縮機是由一臺變速箱和兩個壓縮缸，一個主油泵組成的離心式壓縮機。電機通過連軸器連接變速箱內(nèi)的大齒輪，在變速箱內(nèi)，大齒輪帶動高速軸上的小齒輪軸；小齒輪軸與一二級壓縮缸連接。大齒輪帶動小齒輪驅(qū)動，使兩個壓縮缸軸高速轉(zhuǎn)動，然后高速轉(zhuǎn)動軸帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)。一級葉輪高速轉(zhuǎn)動，對氯氣做功，使氯氣獲得動能。高速運動摩擦使氯氣溫度快速升高。具有動能的氯氣，經(jīng)過高速壓縮缸升壓后，進入二級葉輪再次升壓。透平壓縮機采用了兩級壓縮和兩級冷卻。1.2性能氯氣透平壓縮機是通過齒輪箱變速，大齒輪傳動小齒輪，大齒輪轉(zhuǎn)一圈，小齒輪轉(zhuǎn)六圈。通過兩級葉輪來壓縮氯氣，使氯氣壓力逐級提高。葉輪高速轉(zhuǎn)動時，氯氣隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力。葉輪旋轉(zhuǎn)對氯氣做功，氯氣與葉輪之間相互作用，使壓縮氯氣的動能增大，氯氣壓力增加。和離心泵原理一樣，在電機帶動下，透平機轉(zhuǎn)軸經(jīng)過變速箱變速后，壓縮缸的軸轉(zhuǎn)動速度是電機轉(zhuǎn)速的6倍。葉輪旋轉(zhuǎn)帶動氯氣旋轉(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，進入葉輪蝸殼中。葉輪中心位置形成了負壓，負壓的存在保證了氯氣能被輸送進入葉輪蝸殼中。蝸殼內(nèi)的氯氣壓力增加，向出口排出。葉輪周而復始的持續(xù)轉(zhuǎn)動，確保氯氣連續(xù)不斷的在壓縮機內(nèi)流動。離心力的作用，使得甩出的氯氣速度增加，動能提高，壓力增加。昆明云能化工透平機是串聯(lián)安裝兩級葉輪升壓，出口壓力達到工藝生產(chǎn)要求。3結(jié)構(gòu)本裝置的氯氣透平壓縮機是由兩級高速葉輪壓縮箱、1臺高速電機、1個高速齒輪變速箱、兩臺列管試冷卻器、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，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)鈦列管換熱器對鹽水加溫，濕氯氣的溫度降至約65℃；經(jīng)過氯氣總管進入氯氣洗滌塔底部，自下而上運行；循環(huán)泵輸送的氯水至換熱器降溫后，進入洗滌塔頂部噴頭，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52冷凍鹽水冷卻至12?15℃o氯氣經(jīng)水霧捕集器除水后，進入填料干燥塔下部，自下而上運行。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，然后進入透平機一級壓縮；經(jīng)一級冷卻器冷卻后，進入二級壓縮；二級壓縮后經(jīng)二級冷卻器冷卻，送至氯氣分配臺；經(jīng)氯氣分配臺后，送至液化、氯化氫工序。2氯氣透平機冷卻器泄露原因分析及改進昆明云能化工使用的是杭州求是透平機制造有限公司生產(chǎn)的氯氣透平機，是二級氯氣壓縮機。因氯氣壓縮機葉輪轉(zhuǎn)速高，葉輪與氯氣產(chǎn)生高摩擦，使得每級壓縮后氯氣的溫度升高。為順利進行下級的氣體的壓縮，一級壓縮和二級壓縮后分別設有列管式換熱器，即一級冷卻器和二級冷卻器。一級冷卻器和二級冷卻器用循環(huán)水進行換熱。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械有限公司制造的列管換熱器。氯氣與循環(huán)水在進行換熱時，循環(huán)水由封頭的連結(jié)管處進入，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入，從殼體上的另一接管處流出，氯氣走殼程。冷卻器泄漏的影響冷卻器泄漏，會對透平機造成毀滅性損害：水進入葉輪，腐蝕葉輪，會對透平機組的運行壽命造成縮短，導致抽力下降；嚴重時會直接打破葉輪的動平衡，使葉輪及軸承直接損壞。因此冷卻器泄漏，會對氯堿穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)造成影響，嚴重導致系統(tǒng)只能低負荷運行，甚至停產(chǎn)危害。冷卻器泄露的原因分析3.1冷卻器泄漏敘述昆能化工出現(xiàn)過的設備事故：2022年8月，運行中的氯氣透平機發(fā)生異響（2s左右）。聽到異響聲后，當班人員去現(xiàn)場對氯氣透平機巡檢，未有異?，F(xiàn)象；DCS畫面顯示透平機正常，氯氣總管壓力及分配臺壓力正常。當巡檢人員回到DCS室，氯氣透平機發(fā)生劇烈的異響聲，DCS此時顯示氯氣透平機流量下降，抽力下降；當班人員緊急啟動備用氯壓機，停運異響的氯氣透平機。第二天，拆開氯氣透平機機頭,機頭內(nèi)有積水，發(fā)現(xiàn)是一級冷卻器漏水，導致氯氣透平機機頭損壞。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，由于未嚴格執(zhí)行要求，出現(xiàn)了縫隙、殘渣等問題。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）氯氣含水量不達標是造成泄漏的另一原因。氯氣是在冷卻、干燥、除酸霧后進入透平壓縮機，氯氣含水量不達標，將會加劇腐蝕換熱器。3）冷卻用的循環(huán)水不達標也是造成泄漏原因之一。循環(huán)水是重復使用的，且使用中在循環(huán)水內(nèi)加入的阻垢劑、次氯酸鈉等，會腐蝕換熱器。4）氯堿系統(tǒng)用的機封水要回至循環(huán)水內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)的機泵有硫酸泵、堿泵、鹽酸泵、次氯酸鈉泵等，含堿、硫酸、鹽酸、次氯酸鈉的泵機封泄漏，會把腐蝕的液體帶入循環(huán)水，加劇了換熱器的泄漏。2.4冷卻器泄漏的改進措施1）定時對冷卻器檢查，發(fā)現(xiàn)異常應及時處理；定時按期更換冷卻器。2）定時對一、二級冷卻循環(huán)水中游離氯含量進行化驗，超標及時檢查處理。3）加大對腐蝕液體循環(huán)泵的機封檢查，發(fā)現(xiàn)機封泄漏及時處理。4）增加氧化還原電位在線監(jiān)測。當氧化還原電位增加時，及時對循環(huán)水取樣，分析游離氯含量。增加氧化還原電位聯(lián)鎖，當氧化還原電位到680mV時，機組聯(lián)鎖跳停。3透平機喘振的分析與改進1透平機喘振透平機在帶負荷情況下連續(xù)運行不會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。透平機停機后啟動，或未帶負荷運行時，會發(fā)生喘振現(xiàn)象；透平機帶負荷較小，手動回流開度不夠，也會發(fā)生喘振。喘振其實就是透平機內(nèi)氣體循環(huán)量不夠，進氣量及出氣量較小，機組氣體從進口到出口氣體循環(huán)不流暢,總之是氣體流量不夠才會發(fā)生喘振。喘振會導致機組振動增大，電流波動大，造成機組異響。喘振的危害透平機長時間喘振會對機組造成嚴重損害。喘振機組會劇烈振動，噪音是正常的數(shù)倍，導致軸承移位較大，損毀軸承及葉輪。喘振危害有以下幾個方面：1）電機轉(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)速時快時慢，損壞軸承；3）葉輪損壞，造成齒輪箱破壞，嚴重會造成人員傷害；4）電機移位，壓箱、軸瓦損壞，造成整機損壞。引起喘振的原因分析壓縮工藝參數(shù)直接影響著透平機喘振，這些參數(shù)包括：透平機出口流量、出口壓力、透平機廢氯控制閥開度、出口旁通閥及自動調(diào)節(jié)閥開度、手動回流開度、透平機進口流量、進口壓力。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。透平機組進口氣體流量過少，出口的回流閥未調(diào)節(jié)到全開的位置，一、二級出口壓力過低，進氣量和出氣量不穩(wěn)定，機組內(nèi)氣體流量達不到匹配流量等等,都會引起喘振。操作改進1）透平機開停機時，操作人員需根據(jù)流量來調(diào)整透平機。流量高時關小回流，流量不夠時開大回流，實時保證透平機流量在1950m3/h以上。開機前，先全開手動回流及自動回流開度；停機前，應先全開回流。開停機時，保證機組回流全開，即使進出口壓力過低，也能讓氣體在機組充分內(nèi)循環(huán)，不發(fā)生喘振現(xiàn)象。2）開機前，對透平機進行升壓，升壓至50kPa,保證開機時機組內(nèi)有氣體能充分循環(huán)。3）開機時，確保泄至廢氣系統(tǒng)的廢氯閥開度，需進口氣量和出口氣量相一致，保證機組內(nèi)的循環(huán)氣量平衡達到機組設計流量要求。4）開停機時，操作人員時刻觀察流量、一級進口抽力，時刻保證機組抽力，保證氣體循環(huán)流量達標。流量及進口無抽力時應及時調(diào)整。4潤滑油的作用及問題處理氯氣透平機齒輪轉(zhuǎn)速達17190r/min。高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生高摩擦和高溫。氯氣透平機能否正常提供冷卻潤滑油，尤為重要。氯氣壓縮機機組潤滑油由主油泵及副油泵供油。透平機組啟動后，由主油泵供油，機組停運后由副油泵供油；機組運行時，主油泵運行；副油泵聯(lián)鎖停止運行，機組停運或跳停時聯(lián)鎖副油泵自動啟動供油。供油系統(tǒng)提供0.15?0.25MPa的油壓，經(jīng)熱器換熱后進入過濾器除去雜質(zhì)，然后進入機組的前后軸承、齒輪箱等傳動部位，潤滑齒輪箱油的同時帶走機組運行過程中產(chǎn)生的熱量，以確保機組的安全穩(wěn)定運行。潤滑油系統(tǒng)還有控制摩擦、減少機件的磨損、防止齒輪銹蝕和對齒輪振動起阻尼的作用。常見的潤滑油系統(tǒng)故障有：油品不合格、潤滑油受氯氣污染、主油泵問題、輔助油泵問題、潤滑油油箱氮氣密封不好（進入空氣），以及潤滑油系統(tǒng)的相關連鎖失靈等問題。在機組運行過程中，經(jīng)常對潤滑油質(zhì)量進行檢查（油溫控制在指標范圍內(nèi)，實時監(jiān)測供油壓力），每半年按時更換潤滑油和油過濾器，檢查主油泵及輔助油泵是否完好。5氮氣密封的控制及問題處理氯氣透平機一、二級密封氣體采用的是氮氣密封，一級氮封壓力要求0.05?0.10MPao二級氮封壓力要求0.10—0.15MPa,氮氣從空壓制氮工序送至透平機?？諌褐频ば蛩椭镣钙綑C的氮氣壓力大于0.4MPa,存在氮氣壓力過高且壓力不穩(wěn)定，較難控制氮氣密封壓力。在進入一、二級氮封前，加裝了減壓閥，使氮氣壓力控制在0.2MPa左右，較容易調(diào)節(jié)一、二級氮封壓力。氮氣密封壓力過高，容易把齒輪箱內(nèi)的潤滑吹出；壓力較低，會使氯氣溢至氮氣密封系統(tǒng)，腐蝕潤滑油和齒輪，危害及大。應實時監(jiān)測氮氣密封壓力，壓力過低或過高都應及時調(diào)整。當空壓制氮工序無法正常供應氮氣時，及時接用備用氮氣鋼瓶供應氮氣，保證一、二級氮封壓力在指標范圍內(nèi)。6泄壓閥存在問題及改進廢氣泄壓閥設計時，直接至吸收塔。吸收塔口易被積鹽堵塞，開機時泄壓閥不能正常工作，導致停機時氯氣無法排至廢氣系統(tǒng)，開機時透平機進氣及出氣不順暢，流量較低，機組無抽力現(xiàn)像。把廢氣閥改接至DN300廢氣事故氯氣管上，事故氯氣管進廢氣吸收塔口直徑較大，不會堵塞，泄壓閥改進后無排氣不順暢現(xiàn)象。7保養(yǎng)及維護1）每4h對透平機前后軸承溫度、振動，進行現(xiàn)場測量，并做好溫度及振動值記錄。2）透平機一、二級進口增設過濾網(wǎng)，機組長期運行，酸霧捕集器未除干凈的酸泥會堆積在進口過濾網(wǎng)上，堵塞進口過濾網(wǎng),使透平機抽力下降，影響生產(chǎn)效率。每半年應更換潤滑油時，拆開一、二級進口過濾網(wǎng)，取出進行清洗，時刻保證透平機高效運行。3）每年對儀器儀表進行監(jiān)測校正，準確的監(jiān)測能精確的判斷透平機的運行狀態(tài)。4）每次換油時，用面團清理油箱底部的鐵銹