作者：朱詠，李永偉，李貴，叢利偉。

第一作者簡介：朱詠，男，1977年7月出生，專科學歷，化工工程師，2008年畢業于北京化工大學化學工程專業，現任內蒙古鄂爾多斯化學工業有限公司副總經理，從事合成氨、尿素裝置的安全、工藝、設備管理工作。

摘要：介紹尿素裝置二氧化碳壓縮機在開機前管道內引二氧化碳氣體時，段間冷卻器、分離器及管道內發生閃爆的現象。分析認為直接原因為管道內聚集的氫氣與空氣混合發生閃爆，間接原因為壓縮機入口閥門前沒有設置放空閥和取樣閥，無法取樣。通過采取相應的處理措施，保障了裝置的運行安全。

關鍵詞：二氧化碳壓縮機；閃爆；氫氣含量；爆炸下限

1二氧化碳壓縮機工作流程

內蒙古鄂爾多斯化學工業有限公司尿素裝置采用斯塔米卡邦二氧化碳汽提法池式冷凝器（Urea2000+^TM）工藝，生產能力為2860t／d。二氧化碳壓縮機由錦州新錦化機械制造有限公司制造，蒸汽汽輪機驅動，離心式壓縮機型號為7H-6B／3V-7B，壓縮機分為兩缸（低壓缸、高壓缸）四段冷卻分離壓縮。壓縮機經過四段壓縮將CO₂從20kPa加壓到14.8MPa，并送至工藝系統。二氧化碳壓縮機工作流程見圖1。

         

由合成氨裝置送來的CO₂氣體（氫氣含量約0.8%），壓力（絕壓，下同）0.105MPa，溫度40℃，純度（體積分數）98.5%，經切斷閥、電磁閥和一段入口分離器進入壓縮機低壓缸，經一段壓縮，壓力升至0.66MPa，溫度221℃；經一段出口冷卻器冷卻后與防腐空氣混合進入一段出口分離器，再經低壓缸二段壓縮后壓力升至2.43MPa，溫度為176℃；然后進入裝有金屬鉑鈀催化劑的脫氫反應器脫除氣體中的H₂和其他可燃性氣體。脫氫后的CO₂氣體經冷卻后一部分返回到一段入口分離器前，以防止低壓缸喘振，另一部分CO₂氣體經分離后依次經壓縮機二段、三段、四段壓縮，出口壓力達14.8MPa，溫度為123℃，部分CO₂氣體可返回二段出口，防止高壓缸喘振，部分CO₂氣體送至尿素高壓合成系統。

2二氧化碳壓縮機啟動出現的問題

2020年12月18日13:00二氧化碳壓縮機開車，13:54機泵主操開一段入口電磁閥至30%，后逐步開至100%，隨后壓縮機低壓缸處發生一聲異響，爆炸聲來自二段入口分離器和一段段間冷卻器以及連接管道內部，判斷是這兩臺設備及管道內部的氣體發生了閃爆。現場檢查發現一段出口管道抱卡腳墊脫落，管道有移位現象，一段段間冷卻器出口就地溫度計表盤振落，壓縮機盤車器退出。確認壓縮機盤車正常后，16:21壓縮機開始沖轉，17:58超過臨界轉速時發現低壓缸缸體導淋法蘭漏氣，18:03壓縮機轉速達到6700r／min時發生喘振，18:06壓縮機停車。經排查未發現異常，19:09壓縮機再次沖轉，20:43壓縮機轉速升至6800~7000r／min時再次發生喘振。喘振時低壓缸入口流量在18000~22000m³／h波動，低于該轉速下的正常流量26000m³／h，判斷為低壓缸流量不足。經查閱合成氨裝置DCS歷史曲線，2020年12月18日凌晨二氧化碳分離器有過滿液現象，判斷可能是二氧化碳入口管道進水結冰堵塞，導致壓縮機入口流量不足。隨即聯系了合成氨裝置提高送二氧化碳壓縮機一段入口分離器的二氧化碳溫度和壓力，提高溫度用來溶解入口管道內的結冰，提高壓力增加氣量，防止因入口氣體流量不足發生喘振，現場組織人員接蒸汽管吹掃二氧化碳管線，并對二氧化碳入口管線進行了開孔檢查，但沒有發現二氧化碳管線結冰堵塞。

12月19日03:22停壓縮機對壓縮機一、二段入口過濾器、四段出口單向閥、四段出口管線、四段放空截止閥和放空閥、一段入口分離器、壓縮機入口閥門進行檢查，均未發現異常。12月20日08:32二氧化碳壓縮機再次沖轉超過臨界轉速后機組發生喘振，觀察運行36min后停機。12月24日拆檢二回一、四回二閥門正常，拆檢二段入口分離器人孔發現除沫網全部掉落（圖2），12月30日拆開一段段間冷卻器封頭發現封頭隔板變形嚴重（圖3），經分析二段入口分離器除沫網全部掉落及一段段間冷卻器封頭隔板變形嚴重，氣體走短路，最終導致二氧化碳壓縮機喘振。經檢修后，2021年1月27日二氧化碳壓縮機啟動正常運行。

3原因分析

針對二氧化碳壓縮機啟動時出現的上述問題進行分析，確定主要原因有以下方面：

1）2020年12月13日全裝置停車后，自合成氨裝置凈化工段二氧化碳分離器至二氧化碳壓縮機入口閥前的管線未進行置換，造成了管道內氫氣的聚集。

2）壓縮機停車后的缸體導淋閥均處于打開狀態，管道及設備內均存在空氣。12月18日開啟壓縮機入口電磁閥時，含有氫氣的二氧化碳氣體進入壓縮機，導致氫氣含量過高，聚集的氫氣達到了其在空氣中的爆炸極限（4.0%~74.2%）；與此同時，聚集的氫氣在金屬管道流動的過程中又產生了靜電，而管道內又存有空氣未置換干凈，因此導致氫氣與空氣混合發生閃爆，即當時壓縮機低壓缸處發生的異響聲。將二氧化碳壓縮機一段段間冷卻器內的隔板沖擊變形，二段入口分離器除沫網全部掉落。這樣就造成了壓縮后的高溫二氧化碳氣體在一段段間冷卻器中走短路，未經冷卻就進入了分離器，使二氧化碳氣體無法析出凝液，分離器的除沫網全部掉落，分離效果差，進入低壓缸二段的氣體中含未分離出去的水蒸氣，氣體溫度高于設計溫度，氣體溫度和組分的變化從而導致二氧化碳壓縮機低壓缸喘振。

3）合成裝置送尿素裝置二氧化碳壓縮機入口閥門前的二氧化碳氣體管道上原設計沒有放空閥和取樣閥，在二氧化碳壓縮機進二氧化碳氣體前，無法取管道內氣體樣分析二氧化碳氣體中氫氣的含量是否在爆炸極限范圍。

4）未考慮到二氧化碳中的氫氣會在設備、管道內聚集，并達到了氫氣的爆炸區間。尿素裝置打開入口閥引二氧化碳前未進行氮氣置換操作，也未進行取樣分析。

4整改措施及運行效果

4.1整改措施

1）尿素裝置二氧化碳壓縮機入口電磁閥前管道上加裝放空閥和取樣閥，用于置換和取樣分析。

2）合成氨裝置及二氧化碳壓縮機停用后，必須用氮氣對二氧化碳凈化及壓縮機系統的設備、管道進行置換，并取樣分析，氫氣含量低于氫氣在空氣中的爆炸下限的25%后停止置換，避免氫氣聚集形成爆炸性氣體。

3）再次啟動二氧化碳壓縮機前，必須在二氧化碳壓縮機入口電磁閥前取樣閥對管道內氣體進行取樣分析，氫氣含量低于氫氣在空氣中的爆炸下限的25%后方可將二氧化碳氣體引入二氧化碳壓縮機。

4）對涉及氫氣等爆炸性氣體的設備、管道使用的靜電線、接地線進行檢查，確保運行良好，起到消除靜電作用。

5）二氧化碳氣體中少量氫氣聚集閃爆事件發生后，公司高度重視，組織人員舉一反三，全面排查隱患，做到安全生產。要求主管二氧化碳壓縮機的工程師在啟、停設備時親自確認壓縮機內部氣體的組分。壓縮機啟、停操作規程中明確取樣分析的位置、時間、責任人。公司要求全員重視設備內氣體的組分監控，提高工藝人員和設備人員的責任感，杜絕爆炸三要素（可燃物、助燃物、點火源）同時存在。

4.2運行效果

以上措施實施后，二氧化碳壓縮機的段間設備及管線都能進行置換及取樣分析，消除了形成爆炸性氣體的隱患。2021年1月27日再次啟動二氧化碳壓縮機，嚴格控制壓縮機、分離器、管道內二氧化碳氣體中的氫氣含量在爆炸下限25%以下，壓縮機順利投入運行，機組的振動、位移、溫度均正常。二氧化碳壓縮機實現安全運行，為公司生產穩定運行奠定了基礎。

5結束語

化工行業要遵守安全第一的原則，裝置的原料、中間產物、最終產物多為爆炸性物質，運行中必須消除潛在的爆炸隱患，這就要求化工人高度重視設備、管線死角，以及裝置啟用、停用環節，確保過程中不形成爆炸性混合物。上述事件給化工行業再一次敲響警鐘，可從中吸取經驗，確保設備、人員安全。

THE ANALYSIS OF FLASH EXPLOSION OF GAS IN INTERSTAGE COOLER，SEPARATOR，AND PIPELINE INSIDE CARDON DIOXIDE COMPRESSOR

Zhu Yong，Li Yongwei，Li Gui，Cong Liwei

（Inner Mongolia Ordos Chemical Co.，Ltd.，Ordos 016064）

Abstract：Flash explosion accidents happened in the interstage cooler，separator and pipeline inside the CO₂ compressor during its commissioning to draw out carbon dioxide gas. The analysis result showed that the direct reason was the accumulated hydrogen in the pipeline mixed with the air and exploded. The indirect reason was the lack of release valve and sampling valve before the inlet of the compressor leading to no sample to be analyzed. Corresponding measures were taken to ensure the safety operation of the plant.

Key words：carbon dioxide compressor；flash explosion；hydrogen concentration；lower explosion limit

文章來源：大氮肥