空壓機無故障停車記錄事故原因分析

田德軍 陳志沖 丁立中

（中國石油遼陽石化分公司，111003）

空壓機無故障停車記錄事故原因分析

田德軍 陳志沖 丁立中

（中國石油遼陽石化分公司，111003）

KDON－10000／20000型空分設備的關鍵機組空壓機突然停車，但在分散控制系統(tǒng)（DCS）中查不到停車的原因。利用原始數(shù)據(jù)進行工況分析，還原事故經過，找到事故原因的分析判斷方法，發(fā)現(xiàn)高壓電網頻率波動為事故原因，并提出了相應的對策。

無故障停車 空壓機喘振 原始數(shù)據(jù) 原因分析

中國石油遼陽石化分公司動力廠KDON－10000／20000型空分設備采用外壓縮分子篩凈化流程，主體空分設備由杭州制氧機集團有限公司設計制造，空壓機則為沈陽鼓風機集團股份有限公司配套的DH80－25型空壓機，儀表系統(tǒng)選用的是HONGEYWELL公司的PKS系列分散控制系統(tǒng)（DCS）產品，所有的聯(lián)鎖及控制均由DCS實現(xiàn)?？諌簷C的防喘振控制系統(tǒng)采用固定極限流量法，即空壓機的流量始終保持大于50 000 m3／h，低于此流量時放空閥快速開啟。

2014年6月17日11∶04，空壓機突然停車，同時預冷系統(tǒng)水泵停車，空分系統(tǒng)全停。操作人員立即啟動應急預案，對裝置進行緊急停車，同時恢復系統(tǒng)開車條件。工藝、設備、電氣、儀表等各專業(yè)人員隨后分別對各自分管的領域進行事故原因排查，結果均未發(fā)現(xiàn)停車原因和異常問題。根據(jù)生產需要，嘗試啟動空壓機，希望在啟動或運行中發(fā)現(xiàn)問題，結果空壓機啟動后機電儀全部正常。觀察空壓機穩(wěn)定運行1 h后，決定啟動空分系統(tǒng)，氧、氮產品合格，裝置運行正常。為了消除隱患，使裝置以后能正常運行，對停車原因進行分析。

1 停車原因分析

空壓機停車的原因不外乎工藝、設備、儀表、電氣這4個方面，然而在DCS和電氣控制系統(tǒng)都沒有記錄到空壓機停機的原因，因此首先要檢查的就是是否有人在現(xiàn)場誤動或偶然碰到了停機按鈕從而導致這次事故停機。

對崗位操作人員進行了詳細的調查，可以確認空壓機現(xiàn)場控制盤附近沒有操作工；同時空壓機現(xiàn)場附近也沒有進行施工作業(yè)，不存在外來人員。那么會不會存在什么偶然因素（例如飛鳥等）使按鈕被碰到呢？如果現(xiàn)場的停機按鈕動作，50 ms內DCS就能收到停車信號。停車事件記錄的順序為空壓機運行信號無→預冷系統(tǒng)水泵停車→空分系統(tǒng)停車。在出現(xiàn)空壓機運行信號無這個記錄之后僅會出現(xiàn)一次喘振預報報警，而在空壓機運行信號無這個DCS信息記錄之前不會有空壓機喘振預報報警的信息記錄，很明顯與本次停車的信息記錄不符，因此可以排除現(xiàn)場出現(xiàn)碰到按鈕而導致空壓機停車的可能。此外，對控制室的緊急停機回路也進行了排查，在DCS記錄中沒有記錄到該繼電器動作，同時電氣方面也沒有記錄到停機指令信息，可以排除這一控制回路故障的可能性。因此還是從收集原始數(shù)開始一步步地分析事故原因。

1.1 全面收集整理原始數(shù)據(jù)

在DCS記錄中，雖然沒有記錄空壓機停機的直接原因，但是它能夠記錄到很多比較重要的參數(shù)，對分析事故可以提供直接可靠的信息，因此決定從工藝參數(shù)分析入手。部分原始數(shù)據(jù)見表1。

11∶04∶35前空分塔分餾系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、預冷系統(tǒng)全部運行正常，空壓機排氣壓力0.51 MPa，排氣量56 000 m3／h，電流325 A（額定353 A），其他軸振動、軸瓦溫度、油溫、油壓等參數(shù)全部正常穩(wěn)定。11∶04∶（38，39，40，41，42，45）記錄了6次空壓機喘振預報，同時記錄了發(fā)出聯(lián)鎖動作的指令，即空壓機防喘振閥開的指令及相關反饋?？諌簷C振動記錄數(shù)據(jù)反映，在11∶04∶40一、二、三、四級軸震動均有3～5μm的增加（41～45 s無數(shù)據(jù)記錄）。預冷系統(tǒng)的冷凍和冷卻水泵是在11∶04∶45停止運行的，當時預冷系統(tǒng)壓力為0.47 MPa。

表1 原始數(shù)據(jù)

1.2 對原始數(shù)據(jù)的解讀和分析

通過對記錄的信息進行解讀，模擬再現(xiàn)當時空分系統(tǒng)事故過程：11∶04∶35裝置各部分運行正?！?1∶04∶（35～38）空壓機流量下降→11∶04∶38空壓機流量低于50 000 m3／h→空分系統(tǒng)工況開始異常→11∶04∶（38，39，40，41，42）防喘振放空閥動作（每1 s一次閥門全開的指令），但是流量持續(xù)低于50 000 m3／h→11∶04∶（43，44）空壓機流量大于50 000 m3／h→11∶04∶45空分裝置的空壓機停車→空分裝置停車。這些信息告訴我們，工況出現(xiàn)異常的時間結點是11∶04∶38，喘振預報報警是停車事件的開始。喘振預報報警的條件是空壓機流量低于50 000 m3／h，動作的結果是空壓機防喘振閥全開，空壓機喘振是使透平空壓機機能失常的一種不正常的運行狀態(tài)。透平空壓機發(fā)生喘振時，將引起整個空壓機管網系統(tǒng)的氣流出現(xiàn)周期性振蕩現(xiàn)象，不但會使空壓機的機能明顯惡化，氣體的壓力、流量也會產生大幅度的脈動。那么空壓機是否真的發(fā)生喘振從而導致空分系統(tǒng)停車？振動發(fā)生了變化，這一點在DCS記錄中有所體現(xiàn)，但是事故過程時間僅僅7 s左右，操作人員在這7 s內沒有機會注意到空壓機流量、壓力的變化，所以難以得出準確結論。但是空壓機即便真的發(fā)生了喘振問題，也不會導致空壓機停機，因為在系統(tǒng)中沒有這種聯(lián)鎖設計?？諌簷C喘振會加劇整個機組的振動，振動是有工藝聯(lián)鎖的，這種情況下如果空壓機停車，DCS是會有聯(lián)鎖動作停車記錄的。另外從理論上分析，由于防喘振放空閥的快開，是不會出現(xiàn)機組喘振的問題的，因為設計防喘振放空閥的目的就是防止空壓機出現(xiàn)喘振問題。而無論是否發(fā)生喘振，也只是過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，不是原因，問題的關鍵在于流量為什么會下降。

空壓機氣路設有入口導葉閥、出口閥、放空閥、防喘振聯(lián)鎖放空閥共4個閥門。其中放空閥和防喘振聯(lián)鎖放空閥在空壓機正常運行時處于關閉狀態(tài)，如果出現(xiàn)故障開啟，表現(xiàn)出的現(xiàn)象是空壓機流量上升，與這次停車的現(xiàn)象不符，可以不做探討?？諌簷C入口導葉閥、出口閥在運行期間如果出現(xiàn)誤動，都會造成空壓機流量的下降，所以必須進行必要的分析排查。

入口導葉：在正常運行時關小入口導葉可以導致空壓機排氣壓力和流量同時出現(xiàn)下降。如果入口導葉出現(xiàn)誤動關閉，正常來說空壓機軸振動會升高，然后軸振動報警，最后聯(lián)鎖停機。預冷系統(tǒng)會由于壓力低產生聯(lián)鎖動作，預冷系統(tǒng)水泵的停車時間要早于空壓機停車時間。對比DCS記錄的信息可知，停車順序是不一樣的，并且在停車后到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，入口導葉依然在全開的位置。另外DCS中沒有操作入口導葉的記錄，所以操作工誤操作和閥門本身誤動的這兩種可能性都可以排除。

空壓機出口閥：如果關閉空壓機出口閥，空壓機排氣壓力會上升，流量會下降。預冷系統(tǒng)的冷凍和冷卻水泵在11∶04∶45停止運行，當時預冷系統(tǒng)壓力0.47 MPa。DCS參數(shù)記錄顯示在11∶04∶35預冷系統(tǒng)壓力是0.50 MPa，可以確認11∶04∶35之前預冷系統(tǒng)工作是正常的。11∶04∶38出現(xiàn)喘振預報報警，如果是空壓機出口閥誤動，那么在11∶04∶40會出現(xiàn)壓力下降，空壓機出口壓力上升，然而DCS記錄的空壓機出口壓力卻沒有出現(xiàn)升高（見表1）。同時DCS中沒有查到操作空壓機出口閥的記錄，因此同樣可排除操作工誤操作和閥門本身誤動的這兩種可能性。

綜上所述，空壓機流量下降工藝方面的因素可以排除。能夠導致空壓機在正常運行時流量突然大幅度下降，在設備上是做不到的。因為空壓機中間冷卻器、入口過濾器等設備的影響都是緩慢、漸變的過程，與停車過程的現(xiàn)象不符，很明顯是可以排除的。而如果是儀表控制系統(tǒng)測量錯誤，會導致空壓機防喘振聯(lián)鎖動作，聯(lián)鎖動作的結果也僅僅是空壓機放空，而空壓機是不會停車的，所以儀表控制方面的問題也可以排除。因此，工藝、設備、儀表這3個方面的故障可能性基本上得以排除，只剩下電氣部分的高壓電問題沒有排除。從工藝工況的分析的結果來看，事故的原因已經明確指向高壓電系統(tǒng)，懷疑是電網波動導致了空壓機流量的下降。

1.3 空壓機停車原因

工藝工況分析的結論與電氣方面的分析相互驗證。工藝分析的結果表明：11∶04∶（38，39，40，41，42）這5 s內空壓機流量是下降的，且低于50 000 m3／h；11∶04∶（43，44）即空壓機停機前這2 s流量大于50 000 m3／h。這在告訴我們：空壓機的工況經歷了5 s的被動負荷減少和2 s的主動負荷增加。而這后2 s的主動負荷增加使空壓機電機的電流必然要大幅增加，很可能導致電機超負荷乃至于保護跳機。在用專業(yè)筆記本檢查高壓電機綜合保護器信息記錄過程中，終于“意外”地找到過流保護動作這一停車信息，空壓機停車的直接原因得到數(shù)據(jù)上的確認。但是11∶04∶38空壓機流量降低的原因——導致空壓機停車的根本原因依然沒有答案。對電氣設備進行了全面的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何電器硬件上的故障。在其他車間的空壓機出現(xiàn)過類似的問題，事故的原因是電網頻率波動導致空壓機跳機。但是該車間配置有高壓電網頻率監(jiān)控設備，捕捉到了波動的數(shù)據(jù)，而本車間卻沒有配置這些設備。按照事故樹的分析方法，可以排除掉其他方面的所有可能，僅剩下高壓電網頻率波動這一因素無法排除；同時這一因素導致故障又可以科學合理地解釋所有的現(xiàn)象，與記錄到的參數(shù)、信息沒有任何沖突的地方。所以得出結論：高壓電網頻率波動是空壓機停車的根本原因。

2 結論和建議

（1）任何事故原因的分析，都必須基于原始數(shù)據(jù)。所以原始數(shù)據(jù)的收集必須全面、可靠，與事故部位相關系統(tǒng)的參數(shù)、事件信息都要采集齊全，在事故分析的過程中都有可能提供重要的線索。如果存在疏漏，那么分析問題的難度就必然會增加，很難理清頭緒。本次事故分析過程中，如能夠在第一時間收集到綜合保護器的記錄信息，事故的原因分析就會簡單很多。

（2）在分析復雜事故的原因時，確定從哪一事件著手分析非常關鍵，這會決定事故分析的效率和成敗。用事故樹方法來確定懷疑因素的范圍，再用事件樹的方法來論證各因素之間因果關系，結合原始數(shù)據(jù)排除懷疑因素，一般情況下都會分析到事故的原因。在分析事故的過程中，繪制了很多的圖紙進行邏輯因果分析，最后確定以空壓機流量變化作為整個事故分析的線索，對分析事故原因起到了至關重要的作用。

（3）增加高壓電網頻率監(jiān)控設備。在生產實際中，電網頻率瞬間波動時，并不是所有的電機都會出現(xiàn)停車故障，進行事故原因分析是很麻煩的。如果配有電網頻率監(jiān)控設備就能捕捉到數(shù)據(jù)，沒有這種設備只能用排除法進行分析、判斷。

Analysis on the Causes of Non－failure Shutdown Accident of Air Com pressor

Tian Dejun，Chen Zhichong，Ding Lizhong
（PetroChina Liaoyang Petrochemical Company，111003）

The air separation compressor，key unit of KDON－10000／20000 air separation plant，shut down accidently，but the causes cannot be found in DCS.Based on analysis of the processing conditions with initial data，the accidentwas restored to find the analyzing and determiningmethods of accident causes.In view that the accident cause was found to be fluctuation of grid system frequency，corresponding countermeasures were raised for prevention of such kind of accidents.

non－failure shutdown，air compressor surge，initial data，cause analysis

1674－1099 （2014）06－0046－03

TH457

A

2014－09－17。

田德軍，男，1972年出生，1994年畢業(yè)于遼陽石油化工高等專科學?；すに噷I(yè)，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業(yè)，從事空分裝置生產技術管理工作，工程師，現(xiàn)任中國石油遼陽石化分公司動力廠空分二車間生產主任，裝置專家。