一起電機(jī)閃爆事故的原因分析及預(yù)防措施

白海濤，崔 凱，李崇軍

(萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

某公司有2臺(tái)進(jìn)口CO壓縮機(jī)組，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)為多軸齒輪式壓縮機(jī)，軸封采用進(jìn)口約翰克蘭(日本)T28AT型單端面干氣密封，潤(rùn)滑方式為稀油站強(qiáng)制潤(rùn)滑，電機(jī)和壓縮機(jī)公用一套供油系統(tǒng)。電機(jī)采用德國(guó)進(jìn)口增安型高壓防爆電機(jī)。整套機(jī)組為雙層布置，壓縮機(jī)、電機(jī)等布置在二層，油站、干氣密封盤站等位于一層。壓縮機(jī)為3級(jí)壓縮，介質(zhì)為一氧化碳。

1 事故經(jīng)過(guò)

該A套壓縮機(jī)于2014年11月份開車，一直運(yùn)行穩(wěn)定。事故發(fā)生前，該電機(jī)在2015年1月6號(hào)20點(diǎn)到1月7號(hào)7點(diǎn)期間共啟動(dòng)3次，跳車原因都為反時(shí)限過(guò)流Ip保護(hù)動(dòng)作。后分析原因?yàn)椋涵h(huán)境溫度低，造成壓縮機(jī)啟動(dòng)負(fù)荷比以前增加，躲不過(guò)電氣保護(hù)定值。遂安排工藝對(duì)油箱進(jìn)行外部蒸汽輔助加熱。在完成對(duì)潤(rùn)滑油箱的加熱后，于1月7號(hào)9點(diǎn)再次啟機(jī)，仍然是反時(shí)限過(guò)流Ip保護(hù)啟動(dòng)并動(dòng)作。

因現(xiàn)場(chǎng)多次啟動(dòng)都未成功，工藝主管要求對(duì)電氣定值進(jìn)行適當(dāng)放大，電氣人員參照壓縮機(jī)啟動(dòng)曲線，在合適的保護(hù)范圍內(nèi)對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行放大。并于1月7號(hào)10點(diǎn)左右進(jìn)行第5次啟機(jī)，6 s后電機(jī)發(fā)生了閃爆。發(fā)生爆炸后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并未停止，現(xiàn)場(chǎng)人員緊急拍停。事故造成電機(jī)水冷器及上殼體損壞(圖1)，現(xiàn)場(chǎng)儀表盤部分損壞(圖2)等。

圖1 電機(jī)上部殼體被炸開

圖2 損壞的儀表盤架

2 事故原因查找

在深入分析該事故原因時(shí)，從爆炸的兩個(gè)基本概念著手：

物理爆炸：由于液體變成蒸氣或者氣體因物理原因迅速膨脹，壓力急速增加，并大大超過(guò)容器的極限壓力而發(fā)生的爆炸。如蒸氣鍋爐、液化氣鋼瓶等的爆炸。

化學(xué)爆炸：因物質(zhì)本身起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體和高溫而發(fā)生的爆炸。(有些化學(xué)液體會(huì)沸騰)如炸藥的爆炸，可燃?xì)怏w、液體蒸氣和粉塵與空氣(一定濃度的氧氣)混合物的爆炸等?；瘜W(xué)爆炸需要在爆炸極限內(nèi)才會(huì)爆炸。

針對(duì)于物理爆炸，技術(shù)人員后來(lái)查閱整理了壓縮機(jī)相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)并不具備物理爆炸的條件，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了檢查：

(1)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)正常。該電機(jī)配有U、V、W三個(gè)線圈繞組溫度，和2個(gè)冷空氣溫度，1個(gè)熱空氣溫度。從整個(gè)溫度曲線上未見異常，開機(jī)過(guò)程中溫升約8 ℃，直到停止，溫度最高約為23 ℃。電機(jī)冷卻水正常，未有泄露報(bào)警及超壓現(xiàn)象。

(2)潤(rùn)滑油系統(tǒng)各設(shè)備及參數(shù)正常；密封系統(tǒng)各參數(shù)正常；軸系及工藝系統(tǒng)各參數(shù)也正常。

(3)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境沒(méi)有可燃性氣體報(bào)警。

后將電機(jī)返至佳木斯進(jìn)行相關(guān)檢查：

(1)定子進(jìn)烘箱烘干(因水冷卻器炸裂漏水進(jìn)入定子內(nèi)部)，檢查電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子線圈，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

(2)定子出爐，檢測(cè)以下內(nèi)容：三項(xiàng)直流電阻平衡數(shù)值，對(duì)地絕緣測(cè)試，吸收比測(cè)試，電機(jī)加熱器絕緣測(cè)試；當(dāng)做交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)U相定子繞組絕緣存在擊穿點(diǎn)，判斷原因?yàn)?4h內(nèi)對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行5次啟動(dòng)，導(dǎo)致電機(jī)定子絕緣接地。

2015年2月20日，現(xiàn)場(chǎng)人員反饋，B套機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，從壓縮機(jī)主動(dòng)軸油封處和電機(jī)兩側(cè)軸承處大量漏油。而維保單位在給油箱補(bǔ)油時(shí)，發(fā)現(xiàn)加油口為正壓，但第二天去現(xiàn)場(chǎng)查看時(shí)卻恢復(fù)了正常，除此之外沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何異常。后在與裝置工藝人員共同排查B套機(jī)組漏油問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)油霧風(fēng)機(jī)出口的氣體進(jìn)行了取樣分析，檢測(cè)到較高濃度的CO。

為此，對(duì)干氣密封系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)檢查，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)沒(méi)有異常，但碳環(huán)密封的底部排液閥處檢測(cè)到較高濃度的CO。通過(guò)對(duì)比PID(見圖3)，發(fā)現(xiàn)干氣密封密封氣切換閥組的旁路為手閥，如果內(nèi)漏將導(dǎo)致高壓的CO漏入低壓的氮?dú)庀到y(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)入油系統(tǒng)。

圖3 閥門內(nèi)漏導(dǎo)致工藝氣竄入氮?dú)庀到y(tǒng)的PID示意圖

遂現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這兩個(gè)閥門再次緊固，緊固前后各檢測(cè)點(diǎn)的CO含量變化見表1。從趨勢(shì)來(lái)看閥門確實(shí)存在內(nèi)漏，且不能完全關(guān)死。

表1 緊固前后各檢測(cè)點(diǎn)的CO含量表

2015年4月中旬左右，B套機(jī)組再次發(fā)生大量漏油現(xiàn)象，打開油箱加油口為正壓。懷疑是除沫器回油不暢，導(dǎo)致油箱系統(tǒng)憋壓。遂松開除沫器法蘭螺栓，結(jié)果流出很多潤(rùn)滑油，緊接著油箱加油口又恢復(fù)到了負(fù)壓，壓縮機(jī)及電機(jī)漏油現(xiàn)象也消失了。

圖4 除沫器、油霧風(fēng)機(jī)和加油口現(xiàn)場(chǎng)位置示意圖

圖5 除沫器結(jié)構(gòu)照片

3 事故結(jié)論

基于以上線索，推斷電機(jī)爆炸的真正原因就是：由于旁通閥內(nèi)漏，使得CO進(jìn)入氮?dú)飧綦x氣系統(tǒng)，部分隔離氣經(jīng)過(guò)干氣密封后進(jìn)入油箱；又因?yàn)槌鞣e油，回流不暢，導(dǎo)致油箱逐漸憋壓，CO氣體沒(méi)有被抽負(fù)完全抽出去，而是隨著潤(rùn)滑油流經(jīng)電機(jī)軸承位置時(shí)進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，逐漸的累積直至達(dá)到爆炸極限，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)單相接地引燃可燃性氣體，引發(fā)爆炸。

后通過(guò)對(duì)監(jiān)控視頻的反復(fù)查看，發(fā)現(xiàn)電機(jī)爆炸瞬間是有火光產(chǎn)生，也證明了該次爆炸屬于化學(xué)爆炸。

4 解決及預(yù)防措施

通過(guò)原因分析，對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了如下幾點(diǎn)改進(jìn)，以保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行：

(1)油霧除沫器設(shè)計(jì)缺陷，積油后回流不暢，導(dǎo)致潤(rùn)滑油系統(tǒng)憋壓。所以在油箱加油口增加負(fù)壓表，以監(jiān)測(cè)油箱氣體壓力變化情況，提前發(fā)現(xiàn)異常。同時(shí)更改除沫器結(jié)構(gòu)，保證潤(rùn)滑油回流順暢。

(2)旁通閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，工藝氣與開車氮?dú)馇袚Q操作后，不能有效隔離，閥門內(nèi)漏后，工藝氣與隔離氣會(huì)互竄。對(duì)旁通閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增加閥組和放空，達(dá)到盲板隔離的效果，保證工藝氣與隔離氣不能互竄。

(3)隔離氮?dú)庥蒒8變更為N4，更容易使工藝氣竄入隔離氣。對(duì)于任何與原設(shè)計(jì)的偏離，都應(yīng)引起足夠的重視，并進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)分析和確認(rèn)。

(4)在該事故中，電機(jī)沒(méi)有正壓吹掃裝置，失去了最后一道保護(hù)屏障。為保證電機(jī)腔內(nèi)可燃性氣體無(wú)法積累，對(duì)電機(jī)增加了正壓通風(fēng)裝置，且電機(jī)啟動(dòng)之前必須要有足夠的吹掃時(shí)間。

5 總結(jié)

高壓電機(jī)爆炸的案例并不多見，但其爆炸原因往往多種多樣，即使已取得合格證的增安型高壓電機(jī)也存在著危險(xiǎn)。除了電機(jī)本身設(shè)計(jì)的安全性，對(duì)外部環(huán)境采取必要的預(yù)防措施，也會(huì)有效降低電機(jī)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。