[分享]氯泄漏与提高氯系统设备的安全

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发表于 2006-8-2 08:46:00 |只看该作者 |倒序浏览

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[replyview] 氯气是一种带窒息性的有毒气体，为有高度危害特性的Ⅱ级毒物。生产车间的空气中，允许的最高氯浓度为1mg/m3；居民住宅区的环境中，允许的最高氯浓度为0.1mg/m3。 近年来，氯气生产规模越来越大。以我公司为例，20世纪80年代液氯产量每年只有数千t，今年已达2万t。不计充装平台上液氯实瓶中的液氯量，日常库存少说也有100t至150t。 资料表明：人在氯浓度为<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="2.5" unitname="g">2.5g</chmetcnv>/m3的空气中，只需深吸几口，既可死亡。按此浓度计算，150t液氯泄漏气占有的空间可达60×<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="106" unitname="m3">106m3</chmetcnv>。在<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="2" unitname="m">2m</chmetcnv>高（一般我国人均身高多数在此高度以下）的空间内，人的不可生存面积可达<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="30" unitname="km">30km</chmetcnv>2。可见，一旦发生氯泄漏，后果极其可怕！我公司氯气厂的设备设计年份较早，改造前主要常漏点有量大面广的法兰、提供氯气压力的纳氏泵轴封和液氯计量槽上的安全阀。针对这些漏点，我们通过分析、查找原因，提出了一些改进方案，经多年实施，效果很好。 1 法兰连接密封的改进 法兰连接是指管道间、管道与接管间，人孔颈和人孔盖间、容器封头盖和容器间等的连接机构。基本构件有法兰、密封垫和紧固螺栓。 原来我公司氯气系统设计所用的法兰连接是突面（RF）法兰，法兰的密封面上车制多个环形浅槽、有一定宽度的突出环形面。选用的公称压力是1.6MPa或2.5MPa；密封垫选用GB3985的XB 350中压石棉橡胶板。使用中能满足短期不会出现看得见、甚至闻得出的泄漏。但是，很难长期保持。 1.1 泄漏原因分析 a.据有关资料报导，介质的渗透能力与介质的分子大小成反比，分子小的渗透力大于分子大的。氯的原子序数为17，在卤族中大于氟（原子序数为9）。 石棉橡胶密封垫是由重量比为60%至80%的石棉和10%至20%的橡胶，加入填充剂、硫化剂经压制硫化而成。虽然，橡胶把石棉纤维胶合起来，结合填充剂填充石棉纤维间的空隙，然而，填充密实度的质量受制于胶和石棉纤维间的亲和程度，压制成板的压紧力等因素。从工艺上讲，要使纤维间做到完全没有空隙，尤其是微小的但大于氯分子的空隙，根本是不可能的。实践证明，即使安装中放以配套螺栓拧紧所能提供的最大压紧力，法兰中的石棉橡胶板内仍存在串通的微小缝隙。生产中氯分子仍可通过这些缝隙构成的通道，产生渗透泄漏。因而，可以断言，石棉橡胶板不适合用在氯气系统的法兰中。 b.石棉橡胶板中的石棉是一种含水的硅酸盐，氯系统中带压的氯气却是一种含水量不大于0.06%（重量）的干燥气体，具有强烈的吸水物理力和化学力，生成的稀盐酸会对法兰的密封面（尤其对无阻隔的突面）构成腐蚀，促使界面泄漏形成，并且由小变大。 c.突面型式的法兰密封面，在螺栓最大拧紧力的作用下，会使软质的石棉橡胶板遭挤压，向密封垫的圈内和圈外膨出变形，使密封垫失去弹性、破坏密封。由于，突面型式的密封面不具备阻挡石棉橡胶膨出变形的结构，促成了这种破坏。 1.2 改进方案 a.密封垫由石棉橡胶板改为素有“塑料王”之称的聚四氟乙烯板。取四氟乙稀板材质密实，吸水性为零，加上耐化学品、耐候性能远胜过石棉橡胶，用在氯气介质的密封元件上十分合适。 b.法兰的密封面型式改突面（RF）（见图1）为凹凸面（MFM）（见图2）。利用凹凸面的嵌入结构，有效地阻止可能出现的破坏密封垫密封性能的膨出变形。同时，也阻挡着氯气对密封垫的接触。重要部位的法兰密封型式宜改用榫槽面（TG）（见图3）。使用表明密封性能更佳。 <shapetype id="_x0000_t75" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" stroked="f" filled="f" ospt="75" opreferrelative="t" coordsize="21600,21600"> <stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path gradientshapeok="t"></path><lock vext="edit" aspectratio="t"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 189.75pt; HEIGHT: 84.75pt;"><imagedata src="file:///G:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image001.gif" ohref="http://www.safe001.com/news/UpLoadFile_b/200672495040734.gif"></imagedata></shape> 图1 突面（RF）法兰 <shape id="_x0000_i1026" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 193.5pt; HEIGHT: 175.5pt;"> <imagedata src="file:///G:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image002.gif" ohref="http://www.safe001.com/news/UpLoadFile_b/200672495041580.gif"></imagedata></shape> 图2 凹凸面法兰 <shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 194.25pt; HEIGHT: 217.5pt;"> <imagedata src="file:///G:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image003.gif" ohref="http://www.safe001.com/news/UpLoadFile_b/200672495041621.gif"></imagedata></shape> 图3 榫槽面法兰 2 纳氏泵的改造 纳氏泵是一种水环泵（用在氯气中的纳氏泵，用浓酸取代了水），在氯系统中起着抽吸电解槽阳极产物氯气，给预处理后达到含水量不大于0.06%的干氯气，并被压送到各氯产品生产工序。 2.1 泄漏原因分析 纳氏泵依靠泵壳内浸在液体中喷轮的旋转，在泵的进口处产生的负压，吸取电解槽阳极处的氯气，在泵的出口入产生正压，把泵内的氯气压送出去。叶轮轴伸出泵体，与泵外电机相接，轴和泵壳间采用的是填料密封。通过压盖顶压装入填料腔中的可塑填料，使填料径向膨出，与轴紧密接触。同时，挤出填料中吸贮着的润滑剂，在填料和轴的接触面形成油膜；由于接触的不均匀，在未接触部位生成的油膜较厚，接触贴紧的部位油膜较薄，二种油膜沿轴分布，随着轴相对填料的转动，不断变化组成一道能阻止氯气通过的不规则迷宫。保持迷宫，需要对填料的压紧程度经常进行调整，同时，确保损耗的油膜得到必要的补充。为了维持油膜和带走填料和轴相对磨擦产生的热，允许轴封有少量的泄漏。一般泵（围速3600r/min、介质压力0.1~0.5MPa）用填料密封的允许泄漏量见下表。 <shape id="_x0000_i1028" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 276pt; HEIGHT: 60.75pt;"> <imagedata src="file:///G:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image004.gif" ohref="http://www.safe001.com/news/UpLoadFile_b/200672495041360.gif"></imagedata></shape> 这种泄漏税主要以界面泄漏型式出现。由于编结填料不可能致密无缝隙，当介质的渗透力较强时（如气体），渗透泄漏也会出现。 上述分析表明了填料轴封的泄漏不可避免。表中数据还表明，泵启动时轴封的泄漏量是正常运转时泄漏量的3倍以上，这对于氯气来讲是不能允许的。 2.2 改进方案 最初，曾改用机械密封技术的YLJ-1300/3.0的液环式氯压机取代纳氏泵，运行不久发现密封仍不够持久，更换机械轴封又费工费时。后借公司扩产之机，改用技术含量更高的，采用梳齿型迷宫式轴封的LLY-3700氯气离心式（又称：透平）压缩机。自改造运行至今，满足了安全生产。 3 计量槽上安全阀的改进 3.1 安全阀不安全的原因分析 液氯计量槽（又称液氯贮槽）是贮存液态氯的大容积压力容器，预处理后的干燥氯气经液化槽冷凝成液氯，流入计量槽备用。氯蒸发器制成的带压氯气通入计量槽，把槽内液氯压送到充装站，充装液氯钢瓶。见液氯充装工艺流程示意图4。 <shape id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 284.25pt; HEIGHT: 165.75pt;"> <imagedata src="file:///G:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image005.gif" ohref="http://www.safe001.com/news/UpLoadFile_b/200672495041371.gif"></imagedata></shape> 图4 液氯充装工艺流程示意图 计量槽的气相部位装有封密的弹簧式安全阀作为超压时安全装置。主要技术特点是当槽内压力处在正常工艺指标的（低于安全阀启跳压力）时，安全阀处于关闭状态，保持密封；当槽内压力超过工艺指标规定的上限（高于安全阀的启跳压力）时、自动启跳，排气泄压。当槽内压力降到低于安全阀的回座压力时，自动关闭密封，确保生产能继续。安全阀的排气管道通向贮碱容器（如碱池或碱液喷淋塔）用碱吸收，防止污染环境。 实际运行常常发生关不死、不密封现象，究其原因是弹簧式安全阀难免不漏，尤其对气体。当槽内介质压力高于安全阀启跳压力时，会出现安全阀不跳，究其原因是日常生产中有细微漏气的安全阀，在阀瓣与导向套之间已汇集了槽内的氯气、排气管来的碱蒸气，二者相遇发生如下反应： 2Fe+3Cl2=2FeCl3 2Fe+3Cl2+3H2O=FeCl3+Fe(OCl)3+3H2 反应生成的铁化合物，把安全阀的阀瓣粘在导向套上。当槽内压力高于安全阀启跳压时，安全阀跳不了！当压力再憋高，克服了粘结力，安全阀才有可能跳。但是，险性已经出现。当槽内压力降到安全阀回座压力以下时，安全阀自动回座，但是不密封。原因是反应生成的铁化合物破坏了安全阀的密封。 液氯计量槽上安全阀的泄漏是我公司多年没能解决的难题，改进前为消除漏氯，公司不得不在安全阀进口处加装截止阀，关闭截止阀确保不漏气。遗憾的是安全阀从此成了摆设，计量槽没了安全装置！ 3.2 改进方案 在安全阀的进出口分别装一块爆破片，和安全阀串联构成组合式安全装置。其机理是在安全阀的进口装爆破片，用来隔绝氯气和安全阀的接触，消除氯对阀的侵蚀和从阀中漏出；在安全阀的出口装第二块爆破片，目的是隔绝碱蒸汽和安全阀的接触，阻止碱蒸气和从阀中漏出来的氯气在阀瓣和导向套之间相遇，发生反应生成铁化合物，破坏安全阀的启跳和密封功能。 新装置自1999年投入使用，第一次更换爆破片是在2000年6月，安全运行10个多月；经总结改进了安装，第二次更换的爆破片用到2001年5月，使用期长达1年；第三次更换的爆破片一直用到2002年10月，寿命长达17个月，完全满足了安全生产的需求，提高了氯系统的本质安全。 3.3 改进的要点 a.爆破片型式的选用上，当时考虑生产工艺是间歇方式，压力升降频繁，据资料介绍反拱型的较合适，便多方选用反拱型。 b.爆破片村质的选用上。考虑到氯气腐蚀特性，原来用不锈钢制作的爆破片，试用表明不耐氯的腐蚀。经制造单位上海华理安全装备厂的努力，对爆破片进行了防腐处理，经使用耐受住了氯的腐蚀，又保住了爆破压力值不变，延长了爆破片的寿命。 c.安全装置安装位置的选择上。从液氯充装工艺流程示意图可以看出，计量槽的压力来自氯蒸发器。考虑到蒸发器下游各压力容器和管道的安全把关，安全装置的最佳安装就选定在压力源的设备——蒸发器上。同时也可省却下游设备上安全装置的配置。<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: ˎ̥; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;"><span style="FONT-SIZE: 10.5pt; COLOR: black; FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: ˎ̥; mso-hansi-font-family: ˎ̥; mso-bidi-font-family: 宋体; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">氯的毒性决定了氯泄漏的危害，只要从系统的本质安全上考虑，从细微处着手，消灭氯泄漏是完全可能的。[/replyview]