一起由空壓機導(dǎo)葉定位器故障引起的空分跳車事故分析與改進

張大偉

（江蘇永鋼集團有限公司制氧廠，江蘇張家港 215628）

1 概述

江蘇永鋼制氧3#空分為21000 m3/h機組，空氣量為10萬m3/h。空壓機入口氣量通過調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉夾角來實現(xiàn)，初始狀態(tài)導(dǎo)葉夾角約為5°，全開時導(dǎo)葉夾角約為110°。空壓機導(dǎo)葉動作由氣動行機構(gòu)控制，氣動執(zhí)行機構(gòu)選用美國FISHER公司3030SF系列雙作用氣動執(zhí)行機構(gòu)，配用定位器為艾默生DVC6010智能定位器，該定位器提供4～20 mA閥位反饋輸出信號。導(dǎo)葉開度反饋信號參與空壓機的起停控制，啟動時需開度反饋值需小于10°，以保證空壓機不帶負荷啟動，降低啟動電流。運行時當空壓機導(dǎo)葉開度反饋值小于25°，即判斷為導(dǎo)葉異常關(guān)閉，為防止空壓機發(fā)生喘振現(xiàn)象，此時聯(lián)鎖開空壓機放空閥，關(guān)空壓機出口逆止閥。

2 故障現(xiàn)象

2015年10月12日15時45分，制氧3#空壓機在正常運行過程中防喘振閥突然全開，逆止閥關(guān)閉，空壓機進入安全運行狀態(tài)，空分后續(xù)流程設(shè)備（預(yù)冷系統(tǒng)、膨脹機系統(tǒng)、氧壓機系統(tǒng)、氮壓機系統(tǒng)）聯(lián)鎖停運。

查看DCS實時趨勢，如圖1所示。

圖1 空壓機工藝參數(shù)趨勢

線①代表空壓機入口導(dǎo)葉開度反饋值，停車時出現(xiàn)兩次波動，數(shù)值由56°直接降到23°，低于聯(lián)鎖值。

線②代表空壓機喉差，隨著導(dǎo)葉開度波動出現(xiàn)兩次上升的趨勢，由10.5 kPa最大上升到12.2 kPa，說明導(dǎo)葉此刻發(fā)生了真實動作。

線③代表空壓機放空閥關(guān)度值反饋（100%代表全關(guān)，0代表全開），導(dǎo)葉反饋值波動后，放空閥開始動作，由關(guān)閉狀態(tài)突然打開。

線④代表空壓機排氣壓力，導(dǎo)葉反饋值波動后，放空閥打開，逆止閥關(guān)閉，排氣壓力開始下降。

3 原因分析與處理

空分系統(tǒng)正常工況下空氣量保持穩(wěn)定，空壓機導(dǎo)葉調(diào)整幅度較小，開度值反饋基本保持在55°～60°。通過分析故障停車時的工藝參數(shù)趨勢可以看出，開度反饋值由正常的56°突降到了23°，達到了聯(lián)鎖值25°從而觸發(fā)聯(lián)鎖，造成空壓機安全運行，后續(xù)設(shè)備停車，由此確定本次跳車故障的直接原因是空壓機導(dǎo)葉反饋值的異常波動。

引起空壓機導(dǎo)葉開度反饋值波動的原因分析：

（1）操作人員誤操作。查看DCS操作日志，當時沒有對導(dǎo)葉的操作記錄，排查誤操作的原因。

（2）執(zhí)行機構(gòu)原因。檢查執(zhí)行機構(gòu)本體及與導(dǎo)葉機械連接部位均正常，排除執(zhí)行機構(gòu)原因。

（3）儀表氣源壓力波動原因。檢查執(zhí)行機構(gòu)氣源壓力為0.45 MPa，且保持穩(wěn)定，排除氣源原因。

（4）定位器原因。排除上述原因，最終將問題鎖定在定位器。分析認為是由于定位器內(nèi)部元件故障引起了閥門誤動作，從而造成聯(lián)鎖停車。

確定原因后電儀人員對定位器進行了更換，調(diào)試正常后于18：00開啟空壓機，20：30分恢復(fù)對外供氧。本次故障導(dǎo)致對外供氣中斷約5 h，由于分廠在停車后及時開啟了氧氣汽化裝置，并未對煉鋼煉鐵用氧造成較大影響。

4 改進措施

4.1 預(yù)防措施

本次事故是由于智能定位器的突發(fā)故障引起的，對定位器進行返廠檢測，廠家也沒有給出明確的定論，只能定性為偶然事件。針對電子儀表，常規(guī)的現(xiàn)場點檢并不能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在缺陷，預(yù)防類似問題只能根據(jù)儀表使用位置的重要性制訂合理的更換周期定期進行更換，預(yù)防因設(shè)備老化引起的故障。

4.2 程序優(yōu)化措施

我們對空壓機控制程序進行了仔細研究，認為空壓機導(dǎo)葉開度反饋值參與的聯(lián)鎖程序存在一定的缺陷。按照當前程序，當導(dǎo)葉實際未動作，而反饋值因儀表自身故障發(fā)生變化的情況下也會導(dǎo)致聯(lián)鎖動作，位置反饋值由電子儀表發(fā)出，自身出現(xiàn)故障的概率也比較大，為了提高聯(lián)鎖動作的可靠性，避免由于儀表自身故障引發(fā)的聯(lián)鎖停車，應(yīng)該對程序加以優(yōu)化。

（1）開度參與聯(lián)鎖的作用

空壓機導(dǎo)葉開度反饋值參與聯(lián)鎖，其作用是用于判斷空壓機喘振的一個條件，設(shè)計的初衷是當發(fā)生空壓機導(dǎo)葉突然關(guān)閉到小于25°時，空壓機流量會減小，出口壓力會降低，為了防止氣體反流向空壓機，發(fā)生喘振現(xiàn)象，此時需聯(lián)鎖開空壓機放空閥，關(guān)逆止閥，實現(xiàn)對空壓機設(shè)備的保護。

（2）開度與喉差的關(guān)系

空壓機喉差用于檢測空壓機入口部位的差壓，類似于一個節(jié)流裝置，喉差大小的變化基本上可以反映空壓機進氣量的大小。導(dǎo)葉的開度加大，空壓機氣量變大，喉差也相應(yīng)變大，導(dǎo)葉開度減小，空壓機氣量變下，喉差也相應(yīng)變小。

表1為空壓機加載過程中導(dǎo)葉開度與喉差的關(guān)系表。

表1 導(dǎo)葉開度與喉差的關(guān)系

通過上述分析可以得出一旦空壓機導(dǎo)葉關(guān)閉，導(dǎo)葉開度反饋值和喉差必定同時減小，由這兩個量來判斷導(dǎo)葉是否關(guān)閉要比單獨用開度反饋值來判斷導(dǎo)葉的動作更加可靠。2017年底制氧3#空分大修，分廠利用此機會對聯(lián)鎖程序進行了優(yōu)化，現(xiàn)已投入正常運行。

5 結(jié)語

空分系統(tǒng)現(xiàn)場儀表聯(lián)鎖點較多，都是為保護設(shè)備與工藝的安全，然而在實際運行過程中，大部分的聯(lián)鎖停車事故卻都是由儀表本身的故障所引發(fā)的，這對空分的穩(wěn)定運行是一個很大的隱患。為了防止類似故障的發(fā)生應(yīng)該從儀表選型、日常維護、定期更換、程序優(yōu)化等多方面著手，才能為空分系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供可靠保障。