103-J合成氣壓縮機危險性分析

根據遼寧省勞動局工廠危險程度分級要求，結合遼河化肥廠的實際情況，我們負責遼河化肥廠合成氨車間壓縮崗位四大機組的調查實驗工作。調查實驗從2002年10月6日至11月5日，時間為1個月，調查內容包括《工作危險程度分級狀況調查表》（表略）。本文主要論述了對遼河化肥廠合成氨車間壓縮崗位103-J合成氣壓縮機的危險性分析。

合成氣壓縮機是合成氨車間的心臟設備，美國德萊塞克拉克公司（Dre sser clark）制造，由低、高壓兩個缸組成。低壓缸（型號2BC9）為第一段，分9級；高壓缸（型號2BF9-8）包括第二段及循環段，分為7級和1級。驅動汽輪機為美國迪拉瓦（DelAvAL）公司制造，由高、中壓兩臺汽輪機組成，其中高壓汽輪機103-JA（型號GJMV-DC）為背壓式，分2級；中壓汽輪機103-JBT（型號為GJMV）為冷凝式，分6級。機組配置見圖1。



注：1.103-JL.P. 壓縮機低壓缸2BC9；2.103-JH.P. 壓縮機高壓缸2BF9-8；3.103-JAT. 高壓汽輪機GJMV-DC；4.103-JBT. 中壓汽輪機GJMV；5.104-F. 入口緩沖罐；6.136-C. 合成氣/甲烷化爐進料氣換熱器；7.116-C. 段間水冷卻器；8.129-C. 段間氨冷卻器；9.105-F. 段間分離器；10.124-C.124-CB后冷卻器。

圖1 103-J合成氣壓縮機機組配置圖
用103-J合成氣壓縮機壓縮合成氣是液氨生產階段的第一步。合成氣壓縮機從104-F吸入氣體，在壓縮機的低壓缸壓縮到合成所需最終壓力的1/2左右，低壓缸出口氣經過3個中間冷卻器（136-C、116-C、129-C）的管側，依次分別被甲烷化的工藝氣體、冷卻水和冷凍劑氨所冷卻，從最后一個氨冷器129-C出來的氣體，經分離器（105-F）將氣液全部分離，冷凝的液體排掉，剩下的干氣從分離器的頂部離開，再與壓縮機高壓缸的返回氣匯合，進入高壓缸的進口。合成氣在壓縮機的高壓缸進一步被壓縮以后，又與合成塔來的循環氣匯合，從高壓缸的側面進入最后一個循環級葉輪。匯合后的氣體從高壓缸排出送入合成回路，進入合成塔（105-D）。合成塔反應溫度約為454℃~480℃，壓力為14.06MPa~14.76MPa時，通過觸媒r的合成氣氮氫氣，有一部分就合成為氨了，離開最后一層觸媒的合成塔出口氣中的氨濃度為12%。這樣經過合成氣的循環壓縮，液氨就不斷產生。

壓縮崗位共有17人，分5班作業，其中崗長1人，工程師1人，操作工15人。每班現有操作工3人，包括主操1人，副操2人，現有的操作工對機組的性能比較熟悉，經過專業培訓，并經考試合格，已獲得特種作業證。自1976年投產以來，沒有因為操作失誤而停車，操作工應變能力較強。103-J合成氣壓縮機兩次火災事故都是因為操作工及時發現果斷處理，才免于擴展成更大的事故，使二次事故損失減少到最低程度。

自1976年投產以來，103-J合成氣壓縮機共發生2起大的事故，都是因103-J合成氣壓縮機備件故障，最終引起火災事故。

第一次火災發生在1982年9月6日2時30分左右。由于103-J合成氣壓縮機高壓缸轉子突然損壞（國產轉子），高壓缸兩端密封系統嚴重磨損，造成密封油大量泄漏，高壓密封油槽液位急劇下降，致使低液位報警。同時輔助油泵啟動，并繼續降到聯鎖停車值，聯鎖動作，103-J合成氨壓縮機自動停車。由于液位下降非常迅速，由損壞到停車這一過程發生的時間是非常短暫的。

高壓缸兩端的密封系統嚴重損壞后，大量高壓（6.3MPa）氮氫氣串入常壓的潤滑油管線，在回油總管內產生“氣阻”，使回油堵塞，混合氮氫氣的潤滑油被迫由各聯軸節呼吸口及軸端側小齒輪端和軸徑油封處噴出，油噴在透平高溫表面引起著火，因混有氮、氫氣，故火勢迅速漫延。同時氮、氫氣由回油管竄入油箱。經油箱排出后，迅速被相鄰火焰引燃，因而在1~2分鐘內形成了一片大火。此次火災事故的根本原因是由于國產高壓缸轉子突然損壞所致，造成停產28天、直接損失109.6萬元、事故總損失1691萬元的嚴重后果。

第二次火災事故發生在1991年12月14日，103-J合成氣壓縮機低壓缸（103-JLP）發生嚴重的斷軸起火事故。低壓缸的止推盤、主軸斷，葉輪外緣、缸體內腔磨損，止推軸承、徑向軸承與高壓缸的聯軸節、軸端密封等損壞，氮氫混合氣外泄著火，現場潤滑油系統、電儀系統等被燒損，造成直接經濟損失858萬元，間接經濟損失814萬元的嚴重后果。

事故的主要原因是：

1）由于止推盤首先疲勞開裂進而斷裂，引起止推盤軸承、徑向軸承及聯軸節損壞，從而加劇了轉子的軸向竄動、徑向振動及彎曲變形，導致主軸疲勞斷裂，最終使低壓缸入口密封損壞，氮氫混合氣外泄著火。

2）止推盤斷裂為疲勞斷裂，疲勞源位于靠副端面近內孔處。

3）止推盤因原始設計原因有可能在正常工作轉速下共振，在特定條件造成斷裂。

4）在徑向軸承失效時，轉子第二臨界轉速有可能下降至工作轉數，造成軸的動力破壞。

5）事故前，工藝狀況正常，斷裂事故有發生宏觀上是短時間的。

我們經過1個多月的時間，對本廠的主要設備、工藝情況進行了調查分析，確定了工廠的主要危險源是103-J合成氣壓縮機，基本搞清了設備的特性、原理、工藝狀況，經過對合成車間有關人員（包括車間主任、崗長、技術員及現場的操作工）的多次詢問后，綜合分析上述情況，提出了自己的詳細見解，然后進行講評，一并分別記入評分欄目（評分欄目略）。

自1976年投產以來，103-J合成壓縮機出現二次火災事故，這二次火災事故的主要原因都是設備故障（國產備件不過關所致）使氮氫氣外泄引起的。103-J合成壓縮機屬經常性暴露在外邊的設備，事故的可能再現形式是著火爆炸，最嚴重的事故是大量的高壓氮氫氣外泄，引起著火爆炸，后果非常嚴重。根據遼寧省勞動局《工廠危險程度分級教程》中的危險性系數計算方法，壓縮崗位103-J合成壓縮機發生的最惡劣的氮氫氣外泄著火事故的危險性系數計算如下：

據評價表所取的系統為：

C=10 D=3 E=3 ρ=90 W=1.5 X=0.5 Y=12 Z=6

λ=20 R_ma=0.72 R_m=0.51

R_o=0.88 R_e=0.7 R_i=0.8

所以：



式中：

H——危險程度系數

C——危險系數

D——事故擴展系數

E——事故擴展狀態系數

W——嚴重擴展系數

X——人員受傷害系數

Y——財產損害系數

Z——生態環境遭受損害的嚴重程度系數

ρ——危險特性系數

λ——危及嚴重程度系數

R_ma——管理子系統功能可靠性系數

R_m——機器子系統功能可靠性系數

R_o——操作子系統功能可靠性系數

R_e——環境系統可靠性系數

R_i——信息系統可靠性系數

注：所有實驗數據表格略

結果表明，遼河化肥廠最主要的危險出現在合成車間的壓縮崗位，危險性系數2990。屬中等程度危險，該危險級別也可作為合成氨車間的危險等級，該等級與合成車間的歷史資料所反映的情況完全相符。

高俊嶺 孫成舉