2萬m3卷簾型干式氣柜運行故障原因分析及處理方案

楊家兵

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430082)

煉廠各裝置高低壓放空氣的壓力及流量波動較大，不宜直接回收利用，大多采用將放空氣引入氣柜的工藝，再通過壓縮機增壓后進入燃料氣管網(wǎng)供鍋爐和加熱爐使用。氣柜的主要作用就是回收和儲存各裝置放空氣，根據(jù)密封結構型式不同，主要分為濕式氣柜和干式氣柜，其中濕式氣柜因腐蝕及運行過程中易出現(xiàn)導軌卡阻等故障已經(jīng)很少使用。干式氣柜又分為稀油密封型、干油密封型和橡膠膜密封型(卷簾密封型)，其中橡膠膜密封型氣柜因運行中無潤滑油消耗和動力消耗等優(yōu)點被廣泛應用。

某石化公司氣柜為公稱容積2萬m3的卷簾型干式氣柜，主要結構如圖1所示，密封膜分為2段，2001年12月投用，主要參數(shù)見表1。

圖1 卷簾型干式氣柜結構示意

表1 氣柜主要參數(shù)

氣柜引入氣體時，活塞和密封內(nèi)膜在氣體的壓力作用下上升，當活塞上升到T圍欄位置時，內(nèi)膜展開，繼續(xù)進氣，活塞和T圍欄帶動外膜一起上升；當達到最高位置時，外膜展開，氣柜達最高儲容，如果繼續(xù)進氣會觸發(fā)放散裝置開始放氣，保護氣柜安全。氣柜排氣時，運行過程同上述過程相反。

1 氣柜運行故障

2016年7月12日晚班，火炬崗位將裝置高低壓放空氣收進氣柜，增壓站2號、5號機運行回收氣柜瓦斯送焦化裝置脫硫。7月13日3:16，氣柜達到18.5 m并繼續(xù)上升時，關閉高壓放空氣回收支線，拆除高壓放空氣火炬水封，停止回收高壓放空氣。氣柜活塞開始下降。完成調(diào)整后，到操作室外觀察火炬燃燒情況，并到氣柜附近檢查氣柜運行情況。在檢查過程中聽見氣柜內(nèi)發(fā)出摩擦聲音，懷疑氣柜導輪有卡阻現(xiàn)象，就沿氣柜周邊進行檢查。這時聞到有瓦斯味，氣柜內(nèi)出現(xiàn)很大撞擊聲。操作工馬上回到操作室向公司值班人員匯報，并通知氣防人員現(xiàn)場警戒監(jiān)護。到4:13，氣柜由18.6 m快速下降到最低位1.075 m，伴有大量瓦斯泄漏，柜壁在6～13 m處出現(xiàn)多處刮破、刮傷。

2 氣柜故障原因分析

2.1 氣柜本體損傷情況

氣柜損傷情況如圖2～圖5所示，其中柜體高度13 m左右處碰撞嚴重，有9處破損，最大開口有1.1 m，柜體破口正上方有一段明顯的導向輪劃痕。碰撞點處皮膜多處損壞(外膜下端附近)； T圍欄總體向西南傾斜，同柜體發(fā)生嚴重碰撞，T圍欄東北方向因T圍欄總體偏移，沒有落在T圍欄支架上，造成T圍欄構架嚴重變形，并擠壓氣柜活塞，導致皮膜(內(nèi)膜)外表擦傷嚴重，多處穿孔。

圖2 氣柜外貌

圖3 氣柜柜體碰撞

圖4 氣柜內(nèi)構件損傷

圖5 氣柜柜體撕裂

2.2 運行故障原因分析

2.2.1 氣柜本體情況

氣柜在2015年12月因皮膜出現(xiàn)漏點進行了檢修。在檢修期間，更換了內(nèi)、外皮膜，并對調(diào)平裝置導輪軸承和鋼絲繩進行了加油處理。之后通過風機引風對皮膜進行了查漏，并對活塞運行情況進行了檢查。檢查結果顯示，活塞總體運行平穩(wěn)，水平度15 mm，在設計標準30 mm范圍內(nèi)。試運合格后，氣柜投入正常運行，并且運行半年之久，活塞升降平穩(wěn)，無異常情況發(fā)生。因此，檢修質(zhì)量是可以保證的。

2.2.2 外部條件的影響

1) 2016年7月武漢連續(xù)暴雨，12日，外購蒸汽管道通過的涵洞被淹,蒸汽溫度大幅度下降，裝置汽輪機機組被迫停機，各裝置集中大量放空氣體，導致進入氣柜的瓦斯的量及壓力大幅波動。氣柜壓力趨勢見圖6。

由圖6可以看出：當時的生產(chǎn)處于極不穩(wěn)定的過程中，在氣柜高度達到18.5 m后，氣柜停止進氣，活塞開始下行，出現(xiàn)故障。鑒于氣柜本身結構的特殊性，活塞工作時處于浮動狀態(tài)；由于操作波動太大，導致活塞上升速度和下降速度過快，活塞和T圍欄的運動速度也隨之加快，同時，由于慣性作用，活塞不可避免出現(xiàn)晃動發(fā)生水平偏移，從而導致故障發(fā)生。

圖6 氣柜壓力趨勢

2) 活塞在運行過程中也有可能發(fā)生水平度的變化，即活塞發(fā)生傾斜，此時，在活塞上會產(chǎn)生水平分力，當該分力達到一定程度時，會使T圍欄發(fā)生水平偏移，而偏移累積到一定程度，則會使T圍欄同柜體接觸。這種情況應該發(fā)生在上升過程，并且不會傷到皮膜。從圖7所示的氣柜料位趨勢分析可知，氣柜出現(xiàn)該故障時，氣柜活塞應該在下降的過程中，導輪碰撞痕跡也證明了這一點。對氣柜結構進行剖析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)故障時氣柜高度達到18.5 m，正在對氣柜進行泄壓，應該是T圍欄下導輪首先同柜體發(fā)生碰撞、擠壓，導致皮膜泄漏，T圍欄繼續(xù)下滑，使皮膜破口增大，導致惡性循環(huán)，使氣柜嚴重受損。

圖7 氣柜料位趨勢

3) 氣柜出現(xiàn)故障的第一時間沒有及時關閉氣柜的進、出口閥門，停止壓縮機運行，以便讓活塞處于保持狀態(tài)或很緩慢的下降狀態(tài)，反而采取措施加快了泄放速度，造成皮膜和內(nèi)構件發(fā)生二次損壞，加劇了氣柜故障的損壞程度。

3 氣柜修理方案

氣柜修理的主要工程量是T圍欄的修復和密封皮膜的更換，關鍵工序包括以下幾個方面。

3.1 清淤

在柜內(nèi)氣體達到安全施工要求的情況下， 施工人員進入活塞下部(活塞臨時支撐已經(jīng)安裝)， 進行氣柜底板、 活塞底板反面、 T圍欄架臺上淤泥、 雜物的清理。由于這些都是易燃物品， 在施工前必須清理干凈， 以防施工動火時發(fā)生燃燒事故。

3.2 活塞糾偏

T圍欄有8檔偏移T圍欄架臺墜落500 mm左右， 與活塞托座欄桿相互夾緊， 造成活塞偏移最大值達500 mm， 旋轉(zhuǎn)350 mm，皮膜破損嚴重。

為糾正活塞偏移，進行了如下操作：

1) 利用千斤頂和手拉葫蘆等將墜落的T圍欄頂升至T圍欄架臺平臺上；

2) 對破損的皮膜進行修補，其中外膜修補了17條長度為500～1 300 mm的撕裂長縫，內(nèi)膜修補了20多處破洞；

3) 通過鼓風機鼓風將活塞頂起，調(diào)整活塞至中心位置，糾偏后偏差小于100 mm；

4) 排氣落下活塞，拆除破損的皮膜。

3.3 T圍欄及柜體側(cè)板受損部位修復

1) T圍欄不能修復部分重新按設計圖要求，用新的材料進行部件的制作；

2) T圍欄分片整形合格后移至正確位置，完成T圍欄成形組裝工作；

3) 破損柜體、皮膜密封槽鋼及角鋼修理或更新，其中柜體修補19處，均采用挖補修理，面積約12 m2。

3.4 安裝新的密封皮膜

1) 將帶包裝新皮膜運進柜內(nèi)。

2) 先安裝外膜，后安裝內(nèi)膜。在皮膜的吊耳上安裝專用夾具，并安裝好圓徑控制鋼繩；用逐步展開法將外膜吊起，逐步放松圓徑控制鋼繩，協(xié)調(diào)各吊點，控制皮膜的起吊高度，防止皮膜與鋼結構的棱角鉤掛。

3) 皮膜起吊高度及圓徑到位后， 放下皮膜到合適高度開始安裝。首先， 將皮膜上端標有記號的螺孔與上部密封角鋼上標有記號的螺孔重疊， 穿上螺栓；然后以此點為基準， 向兩側(cè)安裝皮膜。皮膜上部安裝完后， 按同樣要求完成下部的安裝。

3.5 調(diào)平裝置的維修

1) 對調(diào)平鋼絲繩、導向輪、滑輪進行檢查，調(diào)整好每個導輪的垂直度和與調(diào)平鋼絲繩的平行度；保證各導向滑輪及柜頂滑輪轉(zhuǎn)動靈活、軸承座固定牢固。

2) 檢查、保養(yǎng)調(diào)平裝置配重塊的導向輪，對不符合運行要求的進行更新。調(diào)整導向輪的位置，使其在上下運行時轉(zhuǎn)動靈活，無卡軌和脫軌現(xiàn)象。

3.6 放散裝置的維修

1) 檢查放散管頂端部的自動放散閥，要求封蓋嚴密、無泄漏現(xiàn)象。

2) 檢查自動放散的頂開裝置，要求調(diào)整至上下靈活。

3.7 氣柜的綜合調(diào)試

3.7.1 查漏及活塞傾斜度調(diào)整

用風機向柜內(nèi)送氣， 將活塞頂升5 mm， 然后用肥皂液檢查皮膜與密封角鋼、 槽鋼的結合部， 并及時處理漏點。當活塞頂升至8 m處時， 停止往柜內(nèi)送氣， 測量活塞的傾斜量， 并調(diào)整調(diào)平鋼絲繩的花蘭螺栓、 移動活動配重塊在活塞砼圍環(huán)上的位置， 將活塞的傾斜量控制在±10 mm之內(nèi)。

3.7.2 活塞與T圍欄的碰撞試驗

1) 在活塞上部走道36塊橡膠塊位置上安放直徑50 mm、高100 mm的成形的油灰圓柱體，緩慢頂升活塞，當64個油灰圓柱體全部與T圍欄相碰時，停止活塞頂升并排放柜內(nèi)空氣，使活塞下降2 m左右。

2) 逐一測量被擠壓的圓柱體的高度， 對于高度不同處， 調(diào)整橡膠塊底座的相應高度， 用鋼板墊平， 使36塊橡膠塊與T圍欄能同時接觸， 這樣既達到使活塞與T圍欄接觸部位受力均勻的目的， 又可防止T圍欄在以后長期運行中產(chǎn)生偏移。

3) 繼續(xù)向柜內(nèi)送氣，當活塞帶著T圍欄上升1 m后，停止送氣。測量活塞傾斜量，并與前面記錄的數(shù)據(jù)進行比對，如差距>10 mm，則應在活塞砼圍環(huán)上均取活動配重塊，放置在T圍欄較高部位的上部走道上，以確保T圍欄本身的平衡。

4) 活塞帶動T圍欄繼續(xù)上升，接近頂部時要注意外膜垂掛部分的展開；應到T圍欄底部檢查皮膜是否全部展開。

5) 活塞帶動T擋板繼續(xù)上升，T擋板墊碰到自動放散頂開裝置時，檢查放散裝置的運行是否符合要求。

6) 上述工作完成后，對活塞再做一次全行程的升降試驗，并記錄活塞和T擋板在不同高度的傾斜量以及活塞與T圍欄、T擋板與側(cè)板的間隙。

3.7.3 快速升降試驗

由于風機能力的問題，一般只做快速下降試驗?；钊陆禃r，打開4個放散管，有必要時也可打開部分相關的人孔。要求活塞下降平穩(wěn)，無飄移、抖動現(xiàn)象及異常聲響，調(diào)平裝置運行正常為合格。

3.7.4 試驗結論

氣柜經(jīng)過綜合調(diào)試，活塞在升降試驗過程中運行正常、平穩(wěn)，無卡阻現(xiàn)象和異常聲音，內(nèi)、外皮膜完全展開、無皺褶，調(diào)試相關數(shù)據(jù)基本達到設計要求，完全能滿足系統(tǒng)運行需要。

4 氣柜增加監(jiān)控設施

由于氣柜沒有安裝活塞運行監(jiān)測設備，活塞運行狀態(tài)出現(xiàn)異常時不能被及時發(fā)現(xiàn)。經(jīng)調(diào)查和咨詢，在鋼鐵企業(yè)中，氣柜普遍安裝有活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統(tǒng)，企業(yè)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)整活塞運行狀態(tài)，保證活塞平衡運行。由于該2萬m3卷簾型干式氣柜沒有活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統(tǒng)等監(jiān)測手段，在氣柜運行過程中，沒能及時發(fā)現(xiàn)活塞偏移，最終導致設備故障的發(fā)生。 為直觀掌握活塞運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，公司采取了以下監(jiān)控措施：

1) 安裝活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統(tǒng)等。

2) 在氣柜內(nèi)安裝電視監(jiān)控系統(tǒng)。

5 氣柜運行管理措施

對這次故障處理過程進行分析發(fā)現(xiàn)，由于沒有對應的預案，導致處理措施不當，擴大了事故的影響。為了避免類似事故再次發(fā)生，制定了相應措施：

1) 完善氣柜故障應急處理預案，并開展氣柜故障預案演練，提高故障處理能力；

2) 加強工藝管理，提高氣柜平穩(wěn)操作水平；

3) 對氣柜結構原理和操作規(guī)程進行技術培訓；

4) 完善氣柜定期檢查和維護保養(yǎng)制度。

6 結語

外購蒸汽溫度的大幅度降低，引起生產(chǎn)裝置大面積放空，與此同時，又沒有控制引入氣柜的氣量， 使得氣柜操作壓力大幅波動， 導致活塞出現(xiàn)劇烈晃動， 造成活塞同氣柜柜體發(fā)生碰撞。因此， 外購蒸汽溫度的大幅度降低是造成氣柜損傷的直接原因?；钊\行出現(xiàn)異常后， 沒有及時采取有效措施， 關閉進、出口閥門， 使活塞盡快平穩(wěn)， 而是采取快速放空的不正確操作，加重了氣柜的損傷程度。

氣柜安裝必要的運行監(jiān)控設備，有利于保證氣柜安全運行；開展氣柜故障預案演練，可有效提高故障處理能力。