電解槽跳閘案例分析

王小敏

(中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司，河南 開封 475003)

在離子膜法電解制取燒堿生產(chǎn)工藝中，電解槽和離子膜是關(guān)鍵設(shè)備，為了確保電解槽和離子膜安全運(yùn)行，DCS控制系統(tǒng)做了電解工序與整流、氯氫處理等工序多個(gè)聯(lián)鎖程序[1]。電解和氯氫系統(tǒng)聯(lián)鎖有：陽極循環(huán)槽液位高高報(bào)警和聯(lián)鎖、陰極循環(huán)槽液位高高報(bào)警和聯(lián)鎖、氯氣總管高高報(bào)警和聯(lián)鎖、氫氣總管高高報(bào)警和聯(lián)鎖、氯氫壓差高高報(bào)警和聯(lián)鎖、氯氫壓差低低報(bào)警和聯(lián)鎖、儀表壓力低聯(lián)鎖、氯壓機(jī)全停聯(lián)鎖、氫壓機(jī)全停聯(lián)鎖、緊急停車聯(lián)鎖等。單臺(tái)電解槽聯(lián)鎖有：進(jìn)槽鹽水流量低低報(bào)警和聯(lián)鎖、進(jìn)槽燒堿流量低低報(bào)警和聯(lián)鎖、電壓差高高報(bào)警和聯(lián)鎖、電壓差低低報(bào)警和聯(lián)鎖。當(dāng)運(yùn)行中達(dá)到設(shè)定的聯(lián)鎖條件時(shí)，相應(yīng)整流器或全部整流器、氯氣透平機(jī)和氫壓機(jī)聯(lián)鎖跳閘。

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“開封東大”)現(xiàn)有18萬t/a燒堿，其中新電解10萬t/a，老電解5萬t/a。新電解6臺(tái)電解槽中的D，E，F(xiàn)自2007年7月開車，A，B，C 3臺(tái)槽于2008年3月開車，期間分別對(duì)A，B，C，F(xiàn) 4臺(tái)槽進(jìn)行了膜極距改造。老電解A，B槽因設(shè)備老化多次泄漏著火已經(jīng)于2014年7月停產(chǎn)。C，D槽是2009年擴(kuò)建的自然循環(huán)高電流密度電解槽。2013年C槽改造為膜極距槽。E，F(xiàn)槽是2011年7月擴(kuò)建的膜極距槽。新電解和老電解共用同一個(gè)氯氣處理系統(tǒng)，3臺(tái)氯氣透平機(jī)同時(shí)運(yùn)行。配套2個(gè)氫氣處理系統(tǒng)，分別處理新老電解生產(chǎn)的氫氣，各有3臺(tái)氫壓機(jī)。由于開封東大經(jīng)過了多次擴(kuò)建和改造，聯(lián)鎖系統(tǒng)復(fù)雜，近來出現(xiàn)多次因晃電、自動(dòng)閥故障、氯氣透平機(jī)故障、電控柜電源故障等聯(lián)鎖跳閘事故，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失，具體情況見下邊案例。

1 案例一：晃電造成電解槽跳閘,離子膜嚴(yán)重受損

2019年4月17日13：13：03，因晃電，5萬t/a氫壓機(jī)YL-C0441A跳閘，老電解C，D和E，F(xiàn)槽跳閘，C，D槽跳閘后因出現(xiàn)大正壓差，造成D槽多片單元槽極網(wǎng)變形，多張離子膜泄漏嚴(yán)重。

1.1 事故經(jīng)過

4月17日中午13：13：03，5萬t/a氫壓機(jī)YL-C0441A跳閘；13：13：05，老電解E，F(xiàn)槽跳閘；13：14：01，老電解C，D槽跳閘。C，D槽跳閘后氫氣總管壓力PICA-C226瞬間由25 kPa升高至78 kPa，壓差由4 kPa升高到57 kPa。停車后試漏檢查，發(fā)現(xiàn)C槽有7張膜泄漏，D槽充氮保不住壓力，解體后發(fā)現(xiàn)多片單元槽陰極網(wǎng)凹陷變形，多張膜泄漏，已經(jīng)無法繼續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。

1.2 事故原因分析

1.2.1 直接原因

外網(wǎng)供電線路突發(fā)故障，是造成此次氫壓機(jī)和電解槽跳閘的直接原因。

1.2.2 間接原因

跳閘后設(shè)定有充氮閥KS-279自動(dòng)打開氣總管充氮，C，D槽氫氣總管自動(dòng)閥PV-226-2顯示自動(dòng)全開，實(shí)際上因閥座動(dòng)作失靈而未能打開，是造成大正壓的間接原因。

1.3 事故防范措施

(1)關(guān)鍵設(shè)備氫壓機(jī)安裝防晃電電源，當(dāng)供電線路晃電時(shí)可以確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)關(guān)鍵自動(dòng)閥要加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)，保證正常運(yùn)行。

(3)平時(shí)可以有計(jì)劃地通過修改壓力設(shè)定值，檢驗(yàn)自動(dòng)閥動(dòng)作的靈活性和靈敏度，保證開關(guān)到位[1]。

(4)加強(qiáng)員工培訓(xùn)和責(zé)任心教育，增強(qiáng)應(yīng)急處置能力。

2 案例二：主控誤操作電解槽跳閘事故

2019年4月18日18：39:33，老電解E，F(xiàn)槽跳閘，提示氯氫壓差-1.08 kPa，低于低低限聯(lián)鎖停車。

2.1 事故經(jīng)過

4月18日18:30，主控人員接到調(diào)度準(zhǔn)備開老電解C槽通知后，發(fā)現(xiàn)氫氣總管壓力高，開始調(diào)節(jié)氯氣氫氣總管自動(dòng)閥，期間打開了E，F(xiàn)槽系統(tǒng)的畫面；18:39:24，解除了PICA-226串級(jí)聯(lián)鎖；18:39:28，將226開度調(diào)整為100；18:39:33，壓差-1.08 kPa；18:39:34，整流器YL101E和YL101F跳閘，E，F(xiàn)槽聯(lián)鎖停車。DCS具體參數(shù)見表1。

表1 E，F(xiàn)槽跳閘前后部分?jǐn)?shù)據(jù)

2.2 跳閘原因分析

主控員工誤將E，F(xiàn)槽氫氣自動(dòng)閥全開，E，F(xiàn)槽因PD-200壓差-1.08 kPa，達(dá)到氯氫壓差小于-1 kPa的低低限值聯(lián)鎖條件，聯(lián)鎖跳閘。

2.3 事故防范措施

(1)加強(qiáng)主控員工技能培訓(xùn)和責(zé)任心教育，認(rèn)真操作。

(2)做好主控人員分工，對(duì)電解槽操作按系統(tǒng)劃分責(zé)任范圍，開停車一人負(fù)責(zé)一個(gè)系統(tǒng)，盡量不交叉操作。

(3)進(jìn)行確認(rèn)操作，先檢查大的系統(tǒng)，確認(rèn)無誤再操作。

3 案例三：氯氣透平機(jī)電動(dòng)機(jī)壞，聯(lián)鎖跳閘事故

3.1 事故經(jīng)過

2019年5月11日12:37:01，氯氣透平機(jī)C機(jī)跳閘，操作工發(fā)現(xiàn)C機(jī)跳閘后，手動(dòng)點(diǎn)停了A機(jī)；12:37:58:812，DCS出現(xiàn)氯壓機(jī)A機(jī)停止信號(hào)LY-C0401和氯壓機(jī)全停LYJQT信號(hào)；12:37:59:312，公用聯(lián)鎖信號(hào)AAAAAA，同時(shí)出現(xiàn)YSA-101A，B，C，D，E，F(xiàn)，整流器R-230A，B，C，D，E，F(xiàn)聯(lián)鎖停車，新、老電解電解槽全部聯(lián)鎖停車；12:38:09:812，出現(xiàn)氫壓機(jī)A、B、C聯(lián)鎖停車YSA-C0441A1，B1，C1信號(hào)，同時(shí)出現(xiàn)整流器全停ZLQQT信號(hào)。

停車后檢查發(fā)現(xiàn)氯氣透平機(jī)C機(jī)電動(dòng)機(jī)燒壞，拆除后送廠家維修。

異?，F(xiàn)象：此次老電解3臺(tái)槽全部聯(lián)鎖停車后，5萬t/a A氫壓機(jī)未聯(lián)鎖停車，操作工發(fā)現(xiàn)后手動(dòng)點(diǎn)停。

老電解C槽出現(xiàn)壓差-15 kPa,大負(fù)壓差造成離子膜3張泄漏。

3.2 跳閘原因分析

氯氣透平機(jī)C機(jī)電動(dòng)機(jī)軸承抱死停機(jī)，是影響停車的直接原因。老電解停車后5萬t/a氫壓機(jī)聯(lián)鎖線路故障，沒有聯(lián)鎖停車是造成電解槽大負(fù)壓的主要原因。

3.3 事故防范措施

(1)氯氣透平機(jī)是氯氣處理工段的關(guān)鍵設(shè)備，要加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)，檢察電動(dòng)機(jī)軸承溫度、電流及聲音有無異常，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)聯(lián)系調(diào)度降電流，退出系統(tǒng)。

(2)修復(fù)5萬t/a氫壓機(jī)聯(lián)鎖控制線路。聯(lián)鎖系統(tǒng)要在系統(tǒng)開車運(yùn)行前進(jìn)行測(cè)試檢查，出現(xiàn)公用系統(tǒng)異常情況時(shí)能夠聯(lián)鎖跳閘，確保電解槽和離子膜安全。

(3)完善關(guān)鍵設(shè)備跳閘應(yīng)急處理措施。當(dāng)2臺(tái)氯氣透平機(jī)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)突然跳閘，應(yīng)以最快速度降低電流運(yùn)行負(fù)荷，避免緊急停車事故。

4 案例四：氫壓機(jī)停機(jī)聯(lián)鎖跳閘

2019年5月12日13:21:19，停新電解氫壓機(jī)。13:21:20 ，新、老電解9臺(tái)電解槽全部聯(lián)鎖停車。

4.1 事故經(jīng)過

2019年5月12日，氯氫站接調(diào)度停10萬t/a系統(tǒng)氫壓機(jī)通知；13:17:56，解除電解槽停氫壓機(jī)停聯(lián)鎖PL-C0441，停新電解氫壓機(jī)；13:21:19，停新電解氫壓機(jī)；13:21:20，DCS出現(xiàn)公用聯(lián)鎖停車AAAAAA信號(hào),新老電解槽全部聯(lián)鎖停車。

4.2 原因調(diào)查

造成9臺(tái)槽全部跳閘的直接原因是主控未解除氫壓機(jī)全停電解槽全停的聯(lián)鎖。

5月12日，10萬t/a系統(tǒng)運(yùn)行1臺(tái)A氫壓機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)需要，調(diào)度通知氯氫站先停A氫壓機(jī)，氯氫操作人員解除了電解槽停氫壓機(jī)停聯(lián)鎖，但電解主控未解除氫壓機(jī)全停電解槽全停的聯(lián)鎖,所以氫壓機(jī)停車后，反饋給DCS氫壓機(jī)全停信號(hào)，導(dǎo)致新電解槽全部聯(lián)鎖停車，電解槽全停聯(lián)鎖又導(dǎo)致全部氯壓機(jī)聯(lián)鎖停車，氯壓機(jī)全停最終又導(dǎo)致老電解停車。

4.3 事故防范措施

(1)加強(qiáng)調(diào)度人員、主控人員以及氯氫站操作工培訓(xùn)，尤其是重要聯(lián)鎖控制。

(2)開停車時(shí)要避開特殊時(shí)段，放在正常熟悉全面情況的領(lǐng)導(dǎo)和班組長(zhǎng)在的情況下。

(3)要杜絕違章指揮，調(diào)度員要熟悉全面情況，具備掌控生產(chǎn)調(diào)度能力。

5 案例五：因電源故障氯氣透平機(jī)跳閘事故

5.1 事故經(jīng)過

2019年5月31日10:33:05:468，DCS出現(xiàn)氯氣透平機(jī)A，B，C機(jī)LY-C0401A，B，C停止信號(hào)，同時(shí)出現(xiàn)LYJQT(氯壓機(jī)全停)信號(hào)；10:33:05:968 出現(xiàn)公用聯(lián)鎖信號(hào)AAAAAA，同時(shí)出現(xiàn)整流器R-230A/B/C/D/E聯(lián)鎖停車信號(hào)，F(xiàn)YSA-101A，B，C，D，E，F(xiàn)，新、老電解電解槽全部聯(lián)鎖停車；10:33:08，出現(xiàn)氯壓機(jī)B機(jī)供油總管壓力低報(bào)警信號(hào)PI-4306B ；10:33:12:499，出現(xiàn)氯壓機(jī)失油信號(hào)YX-C0401B；10:33:12:999，出現(xiàn)供油壓力低報(bào)警信號(hào)PA-4304B；10:33:16:468，YSA-C0441A1，B1，C1，氫壓機(jī)A，B，C聯(lián)鎖停車，同時(shí)出現(xiàn)整流器全停信號(hào)ZLQQT。氯氣透平機(jī)跳閘前后部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。

表2 5月31日3臺(tái)透平機(jī)跳閘后部分?jǐn)?shù)據(jù)表

5.2 原因調(diào)查

氯氣透平機(jī)A，B，C 3臺(tái)設(shè)備由1臺(tái)UPS電源供電，系5月19日大修后新安裝的防晃電設(shè)施。10:33:05:468，晃電時(shí)UPS電源超負(fù)荷，電控柜內(nèi)軟啟繼電器吸附失效是3臺(tái)氯氣透平機(jī)A，B，C機(jī)停止運(yùn)行的直接原因。

透平機(jī)主電動(dòng)機(jī)主電路由隔離開關(guān)、快速熔斷器和PSTB軟啟動(dòng)組成[2]。主電動(dòng)機(jī)主控制電路為方便用戶不同場(chǎng)合下啟動(dòng)和調(diào)試主電動(dòng)機(jī)，主電動(dòng)機(jī)開停車操作設(shè)計(jì)可分別選擇在電控柜、現(xiàn)場(chǎng)操作箱、備用三處。啟動(dòng)地點(diǎn)三選一選擇開關(guān)SA2設(shè)計(jì)在電控柜面板上，停車任一址都能停。KA14，KA15，KA16分別為軟啟動(dòng)器啟動(dòng)、全電壓、故障信號(hào)繼電器，信號(hào)能傳DCS。主電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖停車有主機(jī)失油聯(lián)鎖KA6→KT6;主機(jī)過載、軟啟動(dòng)故障聯(lián)鎖KA16；電解工藝聯(lián)鎖KA10。本次3臺(tái)透平機(jī)同時(shí)跳閘信號(hào)在主機(jī)失油和電解槽聯(lián)鎖停車前，可排除第一和第三條，因此主機(jī)過載、軟啟動(dòng)故障是造成3臺(tái)透平機(jī)停車跳閘的直接原因。

5.3 采取有效措施

變更3臺(tái)氯氣透平機(jī)共用1臺(tái)UPS電源供電方式，降低UPS電源負(fù)荷，避免再次出現(xiàn)透平機(jī)電控柜失電現(xiàn)象。