張大偉

（江蘇永鋼集團(tuán)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(jī)組，空氣量為10萬(wàn)m3/h。空壓機(jī)入口氣量通過調(diào)節(jié)入口導(dǎo)葉夾角來(lái)實(shí)現(xiàn)，初始狀態(tài)導(dǎo)葉夾角約為5°，全開時(shí)導(dǎo)葉夾角約為110°。空壓機(jī)導(dǎo)葉動(dòng)作由氣動(dòng)行機(jī)構(gòu)控制，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用美國(guó)FISHER公司3030SF系列雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(hào)。導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)參與空壓機(jī)的起?？刂疲瑔?dòng)時(shí)需開度反饋值需小于10°，以保證空壓機(jī)不帶負(fù)荷啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流。運(yùn)行時(shí)當(dāng)空壓機(jī)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(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象，此時(shí)聯(lián)鎖開空壓機(jī)放空閥，關(guān)空壓機(jī)出口逆止閥。

2 故障現(xiàn)象

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

查看DCS實(shí)時(shí)趨勢(shì)，如圖1所示。

圖1 空壓機(jī)工藝參數(shù)趨勢(shì)

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

線②代表空壓機(jī)喉差，隨著導(dǎo)葉開度波動(dòng)出現(xiàn)兩次上升的趨勢(shì)，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(shí)動(dòng)作。

線③代表空壓機(jī)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(dòng)后，放空閥開始動(dòng)作，由關(guān)閉狀態(tài)突然打開。

線④代表空壓機(jī)排氣壓力，導(dǎo)葉反饋值波動(dòng)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(jī)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(shí)的工藝參數(shù)趨勢(shì)可以看出，開度反饋值由正常的56°突降到了23°，達(dá)到了聯(lián)鎖值25°從而觸發(fā)聯(lián)鎖，造成空壓機(jī)安全運(yùn)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(jī)導(dǎo)葉反饋值的異常波動(dòng)。

引起空壓機(jī)導(dǎo)葉開度反饋值波動(dòng)的原因分析：

（1）操作人員誤操作。查看DCS操作日志，當(dāng)時(shí)沒有對(duì)導(dǎo)葉的操作記錄，排查誤操作的原因。

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

（3）儀表氣源壓力波動(dòng)原因。檢查執(zhí)行機(jī)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(rèn)為是由于定位器內(nèi)部元件故障引起了閥門誤動(dòng)作，從而造成聯(lián)鎖停車。

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

4 改進(jìn)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(duì)定位器進(jìn)行返廠檢測(cè)，廠家也沒有給出明確的定論，只能定性為偶然事件。針對(duì)電子儀表，常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)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(jìn)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(duì)空壓機(jī)控制程序進(jìn)行了仔細(xì)研究，認(rèn)為空壓機(jī)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(dāng)前程序，當(dāng)導(dǎo)葉實(shí)際未動(dòng)作，而反饋值因儀表自身故障發(fā)生變化的情況下也會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖動(dòng)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(dòng)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(duì)程序加以優(yōu)化。

（1）開度參與聯(lián)鎖的作用

空壓機(jī)導(dǎo)葉開度反饋值參與聯(lián)鎖，其作用是用于判斷空壓機(jī)喘振的一個(gè)條件，設(shè)計(jì)的初衷是當(dāng)發(fā)生空壓機(jī)導(dǎo)葉突然關(guān)閉到小于25°時(shí)，空壓機(jī)流量會(huì)減小，出口壓力會(huì)降低，為了防止氣體反流向空壓機(jī)，發(fā)生喘振現(xiàn)象，此時(shí)需聯(lián)鎖開空壓機(jī)放空閥，關(guān)逆止閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)設(shè)備的保護(hù)。

（2）開度與喉差的關(guān)系

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

表1為空壓機(jī)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(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉，導(dǎo)葉開度反饋值和喉差必定同時(shí)減小，由這兩個(gè)量來(lái)判斷導(dǎo)葉是否關(guān)閉要比單獨(dú)用開度反饋值來(lái)判斷導(dǎo)葉的動(dòng)作更加可靠。2017年底制氧3#空分大修，分廠利用此機(jī)會(huì)對(duì)聯(lián)鎖程序進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)已投入正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

空分系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)鎖點(diǎn)較多，都是為保護(hù)設(shè)備與工藝的安全，然而在實(shí)際運(yùn)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(duì)空分的穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)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(hù)、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(yùn)行提供可靠保障。