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氯气透平压缩机安全风险分析与防范

文档作者：李洁1 袁曹颖1 袁杨东棹2 袁孟昊1 袁李如1 袁徐铭文档来源： 1.中海油天津化工研究设计院有限公司 2.中国海洋石油集团有限公司冤		点击数：	更新时间： 2022年12月10日
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氯气透平压缩机安全风险分析与防范
李洁1袁曹颖1袁杨东棹2袁孟昊1袁李如1袁徐铭泽1
渊1.中海油天津化工研究设计院有限公司袁天津300131曰2.中国海洋石油集团有限公司冤
摘要院氯气透平压缩机属于氯碱行业的核心设备之一袁在运行过程中一旦发生故障袁不仅会影响生产的连续
性袁还可能引发各类生产安全事故遥针对氯气透平压缩机运行过程中可能发生的生产安全事故进行了定性分析袁并
采用定量风险评价渊QRA冤方法对氯气泄漏引发人员中毒事故的安全风险进行定量评价袁提出相关安全对策措施袁为
企业预防和减少生产安全事故的发生袁降低事故的后果提供借鉴和参考遥
关键词院氯气透平压缩机曰安全风险曰定性分析曰定量评价曰安全对策措施
中图分类号院TQ124.41 文献标识码院A 文章编号院1006-4990渊2019冤10-0081-03
Analysis and precautions safety risks for chlorine turbine compressor
Li Jie1袁Cao Ying1袁Yang Dongzhao2袁Meng Hao1袁Li Ru1袁Xu Mingze1
渊1.CNOOC Tianjin Chemical Research﹠Design Institute Co.袁Ltd.袁Tianjin 300131袁China曰
2.China National Offshore Oil Corporation冤
Abstract院Chlorine turbine compressor is one of the core equipment in the chlor鄄alkali industry袁if it fails during operation袁it
will not only affect the continuity of production袁but also may cause various kinds of work safety accidents.In allusion to the
possible work safety accidents during the operation of chlorine turbine compressor袁a qualitative analysis was made and the
quantitative risk assessment渊QRA冤method was used to quantitatively evaluate the safe]ty risks of personnel poisoning acci鄄
dents caused by chlorine leakage.In order to offer reference and consult to prevent the occurrence of accidents and to cut
down accident consequence袁the safety response measures were put forward.
Key words院chlorine turbine compressor曰safety risks曰qualitative analysis曰quantitative evaluate曰safety response measures
氯气输送是氯碱生产工艺的工序之一袁其输送
设备经历了从小型纳氏泵到大型透平压缩机的演变
过程袁相对于小型纳氏泵袁氯气透平压缩机具有输出
压力高尧压缩比大尧运转周期长尧易于实现自动化和
大型化的优点咱1-2暂遥随着中国氯碱行业的快速发展和
生产规模的不断扩大袁氯气透平压缩机已被广泛应
用在国内的氯碱行业中袁属于氯碱行业的核心设备
之一袁其运行状态直接影响氯碱系统的安全平稳性遥
但是由于其属于带电和承压设备尧动部件多尧运行负
荷变化大尧气体流速大尧零部件摩擦损失大尧运行中
涉及剧毒物质等特点袁也容易发生各类生产安全事
故袁尤其是因氯气泄漏造成人员中毒事故袁事故后果
极为严重遥笔者对氯气透平压缩机运行过程中的安
全风险进行了定性和定量分析袁并提出了安全对策
措施袁以期为氯碱企业提供借鉴和参考遥
1 氯气透平压缩机工作原理
氯气透平压缩机是一种多级离心式压缩机袁主
要由进气管尧叶轮尧扩压器尧蜗室等组成袁其工作原理
是借助于叶轮的高速旋转所产生的离心力对氯气做
功袁把叶轮旋转的机械能转化为动能袁增大气体流
速袁气体在流经扩压器和蜗壳时速度降低袁气体的动
能转化为静压能袁增大氯气压力袁经过压缩的气体再
经弯道和回流器进入下一级叶轮袁进一步压缩增压袁
以满足工艺要求咱3暂遥
2 系统安全分析方法
系统安全分析方法即应用系统安全工程评价的
方法对系统或工程进行风险分析遥本文采用系统安
全分析方法之一要要定量风险评价法渊QRA冤对氯气
透平压缩机运行过程中的安全风险进行分析遥
收稿日期院2019-08-16 作者简介院李洁渊1982要冤袁女袁硕士研究生袁高级工程师袁主要从事安全技术咨询工作曰E-mail院lijie@pcec.com.cn遥
第51 卷第10 期
圆园19 年10 月
无机盐工业
INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY
灾燥造援51 晕燥援10
Oct.袁圆园19
Doi院10.11962/1006-4990.2019-0433
窑81窑
定量风险评价渊QRA冤目前已广泛应用于运输尧
建筑尧能源尧化工尧航空尧军事等诸多领域袁在安全规
划尧安全评价及安全设施设计等方面应用尤为普遍遥
在安全评价领域袁定量风险评价即通过对系统或设
备的事故概率和事故后果的严重程度进行量化分
析袁进而精确描述系统的风险袁并将量化的风险指标
与可接受标准进行对比袁提出降低风险的措施咱4-5暂遥
近年来袁国内外许多相关组织开发了定量风险
评价软件袁通过对历史数据的统计及内嵌的数学模
型模块袁可方便快捷地对事故后果及概率进行分
析咱5暂遥本文选用中国安全生产科学研究院开发的
叶CASST-QRA 重大危险源区域定量风险评价软件
V2.0曳渊以下简称野CASST-QRA冶软件冤对氯气透平压缩
机因氯气泄漏引发的人员中毒事故进行定量分析遥
3 氯气透平压缩机安全风险分析
3.1 物质危险性分析
氯气透平压缩机中涉及的主要化学品为氯气袁
根据叶国家安全监管总局办公厅关于印发危险化学
品目录渊2015 版冤实施指南渊试行冤的通知曳渊安监总
厅管三咱2015暂80 号冤咱6暂袁氯气属于危险化学品和剧毒
品袁其主要危险性见表1遥
表1 物料主要危险性
3.2 氯气透平压缩机可能发生的生产安全事故类
型分析
本文采用叶企业职工伤亡事故分类标准曳渊GB
6441要1986冤对氯气透平压缩机运行过程中可能发
生的生产安全事故进行分类袁具体内容如下遥
1冤机械伤害遥氯气透平压缩机防护设施缺陷袁人
体不慎接触压缩机运转部件外露部分袁可能发生机
械伤害事故遥
2冤触电遥电气设备无保护接零尧接地措施或失
效袁没按规定安装漏电保护器或失灵尧线路绝缘损
坏尧误操作等可能发生触电事故遥
3冤物理爆炸遥选材不合理袁设计尧制造缺陷袁使用
过程超压袁压力表尧安全阀等附件失灵袁导致承压设
备超压袁可能发生物理爆炸事故遥
4冤噪声遥压缩机属于高噪声设备袁若不采取消
声尧吸声尧隔声措施袁作业人员长期接触高噪声袁可造
成噪声性耳聋遥
5冤中毒遥因磨损尧腐蚀尧喘振尧超压尧设计制造缺
陷等原因导致氯气透平压缩机泄漏袁进而造成人员
中毒事故遥
通过以上分析内容可以看出袁在氯气透平压缩
机运行过程中袁可能存在的事故类型有机械伤害尧触
电尧物理爆炸尧噪声和中毒袁其中机械伤害尧触电尧物
理爆炸尧噪声一般影响范围较小袁仅对作业人员个体
造成伤害袁而氯气泄漏引发中毒事故的后果预期将
非常严重袁本文将采用定量风险评价法渊QRA冤对该
类事故的风险进行定量分析遥
3.3 定量风险评价渊QRA冤
1冤事故后果模式分析咱7暂
氯气发生泄漏后将在大气中进行扩散袁形成气
体云团袁由于氯气具有很强的毒性袁将造成一定浓度
气体云团范围内的人员中毒遥
若泄漏方式为连续泄漏袁泄漏速率为Q渊kg/s冤
时袁则空间某一点在t 时刻的氯气浓度由下式得出院
C渊x袁y袁z袁t冤= Q
仔滓y滓zu exp -12y2
滓y2 + z2
蓘 蓸 滓z2 蔀蓡 式中院x 为下风方向至泄漏点的距离袁m曰y袁z 为侧风方
向尧垂直向上方向离泄漏点的距离袁m曰u 为风速袁m/s曰
滓y尧滓z 分别为y尧z 方向的扩散参数曰t 为扩散时间袁s遥
对于扩散参数滓y 和滓z 袁这里引用TNO渊荷兰应
用科学研究组织冤有关的公式院滓y=axb袁滓z=cxd
扩散参数a尧b尧c尧d 与大气稳定条件见表2遥
表2 扩散参数与大气稳定条件
根据上述两个大气扩散公式袁结合氯气的毒性
特性袁即可算出氯气泄漏后造成的毒害区域遥本文采
用CASST-QRA 软件袁以某企业年产60 万t 离子膜
烧碱装置为例袁对氯气透平压缩机因氯气泄漏引发
的中毒事故进行定量风险评价袁该软件已内嵌上述
毒性物质扩散计算模型遥
2冤设备简介
某企业年产60 万t 离子膜烧碱装置氯气透平
压缩机设计参数见表3遥
名称
危险性类别 渊g密窑c度m-/3冤 CAS 号
沸点/ 益
熔点/ 益
备注
氯
气
加压气体曰急性毒性-吸入袁类
别2曰皮肤腐蚀/刺激袁类别2曰严重眼损伤/眼刺激袁类别2曰特异性靶器官毒性-一次接
触袁类别3渊呼吸道刺激冤曰危害
水生环境-急性危害袁类别1
31..2411伊渊液10-冤3
渊气冤
7782- 50-5 -34.5 -101 剧
毒
大气条件a b c d
极不稳定A 0.527 0.865 0.28 0.90 不稳定B 0.371 0.866 0.23 0.85
弱不稳定C 0.209 0.897 0.22 0.80 中性D 0.128 0.905 0.20 0.76
弱稳定E 0.098 0.902 0.15 0.73 稳定F 0.065 0.902 0.12 0.67
www.wjygy.com.cn 无机盐工业 第51卷第10期
窑82窑
表3 氯气透平压缩机设计参数
3冤泄漏扩散事故情景模拟
淤危险有害物质的选取遥氯气透平压缩机设计
的主要化学品是氯气袁因此袁选取氯气为危险有害物
质进行模拟计算与评价遥
于泄漏源尧泄漏方式及泄漏事故规模的选取遥泄
漏源院氯气透平压缩机遥泄漏方式院假定氯气透平压
缩机正在正常平稳运行袁设备内充满物料袁发生连续
性氯气泄漏遥泄漏事故规模院在氯气透平压缩机工作
压力确定的情况下袁泄漏事故规模取决于泄漏孔径
的大小袁具体内容见表4遥
表4 氯气透平压缩机典型泄漏事故情景选取
盂泄漏持续时间的选取遥实际生产过程中袁由于
采取相关自动控制措施袁加之作业现场有人员巡视袁
泄漏持续时间一般不超过10 min遥CASST-QRA 软
件包按持续泄漏10 min 考虑泄漏量遥
榆模拟气象条件遥对气体扩散起主要作用的气
象条件包括院风速尧风向尧大气稳定度尧混合层高度尧
气温等遥根据本工程所在区域的自然条件袁模拟计算
选择正常的气象条件袁主要气象环境参数选取见表5遥
表5 气体扩散环境参数选取
4冤模拟计算结果
利用CASST-QRA 软件包内嵌计算模型袁在泄
漏事故模拟情景下袁模拟计算结果见表6遥
表6 定量风险评价结果统计
5冤模拟计算结果分析
本文应用CASST-QRA 软件对某企业年产
60 万t 离子膜烧碱装置氯气透平压缩机开展了定
量风险评价工作袁得出主要结论如下院
淤氯气透平压缩机因泄漏引发人员中毒事故危
害相当严重袁由表6 模拟分析结果可知袁当氯气透平
压缩机因大孔泄漏渊100 mm冤引发人员中毒事故时袁
死亡半径尧重伤半径和轻伤半径分别达到84尧136尧
202 m袁不仅覆盖了烧碱装置区袁还影响到了该企业
周边装置区袁可能造成大规模人员伤亡遥
于氯气透平压缩机因大孔泄漏引发人员中毒属
于极端不利事故袁发生概率较低袁根据CASST-QRA
软件提供的数据袁泄漏基础概率为10-4 量级袁但是不
排除因磨损尧腐蚀等原因造成氯气透平压缩机泄漏
的情况袁应当引起企业的高度重视遥
4 安全风险防范措施
通过对氯气透平压缩机运行过程进行安全风险
分析袁笔者提出如下防范措施袁供企业参考和借
鉴咱8-10暂院
1冤氯气透平压缩机工艺配管应设置防喘振回
路袁防喘振工况指标渊压力尧流量冤应输入联锁信号遥
2冤在采用氯气透平压缩机场合袁电解系统氯气总管
应设置氯气负压密封槽渊负压安全水封冤袁在非正常
状态下袁可自动吸入空气袁防止产生大的负压遥3冤氯
气透平压缩机设置循环水在线分析袁及时发现设备
泄漏造成的氯气泄漏事故遥4冤确保润滑油冷却系统
的能力和有效性袁并对润滑油品质进行定期检测袁一
旦发现油质异常袁应立即停机更换遥5冤严格控制氯气
的含水量指标袁配备在线氯气含水检测仪袁并定期对
检测仪进行校检遥6冤严格控制密封气品质袁特别是含
水量指标曰保证密封气压力遥7冤及时检修和更换主机
各轴承袁防止轴瓦间隙过大引起各密封损坏遥8冤完善
氯气透平压缩机各级氯入口尧出口的流量和压力监
控报警及切断措施遥9冤设置事故氯气吸收处理设施曰
涉氯气现场应配备应急抢修器材和应急防护设备遥
10冤氯气透平压缩机区域应按照叶石油化工可燃气体
和有毒气体检测报警设计规范曳渊GB 50493要2009冤
的要求设置氯气有毒气体检测报警器遥11冤氯气透平
压缩机外露的运转部分和有危及人身安全的部位袁
均应设防护罩遥12冤氯气透平压缩机应装设短路保
护尧接地故障保护尧过载保护尧断相保护尧低电压保护
等安全设施遥13冤氯气透平压缩机应采用双电源或双
回路供电方式遥14冤建立健全岗位安全技术操作规程
以及安全管理制度曰加强对从业人员的安全教育遥
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17-19. 渊下转第88 页冤
设备
名称
流量渊Nm3窑h/-1冤
出口压力/ MPa
设计温
度/益
工作温
度/益材质
氯气透平压缩机12 800 0.5渊表压冤50 40 Q345R
泄漏源泄漏物质操作
压力/MPa
泄漏孔径规模/mm 小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏
氯气透平
压缩机氯气0.5 5 25 100
大气稳定度风速/渊m窑s-1冤环境温度/益
C 3.85 12.1
泄漏源泄漏
类型
泄漏孔
径/mm 泄漏基
础概率
影响范围/m 死亡半径重伤半径轻伤半径
氯气透平
压缩机
中孔泄漏25 0.001 23 38 57 大孔泄漏100 0.000 1 84 136 202
2019 年10 月李洁等院氯气透平压缩机安全风险分析与防范www.wjygy.com.cn
窑83窑
掺杂科琴黑碳材料三聚氰胺-N/AC袁该材料表现出
了优异的ORR 性能院起始电位为0.852 V尧半波电位
为0.786 V尧极限电流为5.2 mA/cm2遥三聚氰胺-N/AC
优良的ORR 性能归功于院1冤科琴黑自身优异的电子
传导能力和较大的比表面积可以保证暴露掺氮后的
反应活性位点袁同时还有利于溶液中的传质过程曰
2冤使用三聚氰胺进行掺杂后向科琴黑上引入了更多
的吡啶氮袁吡啶氮因其和碳材料特殊的键合结构袁对
碳材料的ORR 催化活性起着重要的促进作用遥
参考文献院
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渊上接第83 页冤
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www.wjygy.com.cn 无机盐工业 第51卷第10期
窑88窑

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