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        一起電機(jī)閃爆事故的原因分析及預(yù)防措施

        2019-03-09 02:08:38白海濤李崇軍
        山東化工 2019年3期
        關(guān)鍵詞:工藝系統(tǒng)

        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(pán)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(kāi)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(pán)部分損壞(圖2)等。

        圖1 電機(jī)上部殼體被炸開(kāi)

        圖2 損壞的儀表盤(pán)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。化學(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(jiàn)異常,開(kāi)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(jiàn)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(mén)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(mén)再次緊固,緊固前后各檢測(cè)點(diǎn)的CO含量變化見(jiàn)表1。從趨勢(shì)來(lái)看閥門(mén)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(kāi)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(kāi)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(kāi)車氮?dú)馇袚Q操作后,不能有效隔離,閥門(mén)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(jiàn),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)。

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