钻井液高速离心机爆炸着火原因分析

吕卫军

（渤海钻探工程有限公司 天津）

钻井队处理泥浆净化的卧式高速离心机突然出现剧烈振动，同时伴有撞击声，作业人员准备切断电源时，高速离心机突然爆炸破碎，飞出的碎片将一员工击伤，高速离心机内部着火。

1.高速离心机爆炸着火原因分析

钻井液高速离心机是利用离心沉降原理分离钻井悬浮液中粒径≥2μm的固相颗粒，转速一般在2000-3000r/min。分离时，悬浮液自螺旋推进器的出液孔进入转鼓，在离心力作用下，固相颗粒被推向转鼓内壁，通过螺旋推进器上的叶片推至转鼓小端排渣口排出，液相则通过转鼓大端的溢流孔溢出，实现分离的目的。从爆炸着火必备的基本条件分析，高速离心机内需同时具备有可燃气体和着火源，才可能发生爆炸着火。

（1）可燃气体。当时钻井循环使用的泥浆发生气侵，泥浆中含有大量的硫化氢等可燃气体，且泥浆处理净化的上道工序未使用除气器，使得含有大量可燃气体的泥浆进入高速离心机继续分离，分离出来的大量气体不能马上排出，积聚在高速离心机内部。

（2）着火源。卧式高速离心机在现场已使用10年，从现场离心机破碎情况分析，铸造转鼓上脱落下的铸块和螺旋推进器上长期磨损脱落的叶片，在离心机高速旋转的惯性作用下具备很大动能，在离心机内无规则地高速旋转运动，瞬间击碎离心机壳体的同时产生高温火花，点爆离心机内存在的带压可燃气体，引发高速离心机爆炸着火。

另一方面，卧式高速离心机是一种特殊的承压设备，尤其是在循环泥浆发生气侵又不按规定使用除气器的情况下，离心机内部积聚大量带压可燃气体。转鼓因疲劳破坏产生的裂纹在带压气体的作用下，会加速扩展，超过转鼓强度极限，带压气体瞬间急剧膨胀发生爆炸，破碎金属块相互撞击产生火花，点爆带压可燃气体。

2.高速离心机主要构件疲劳破坏分析

高速离心机运行过程中，转鼓主要承受由于转鼓自身质量高速旋转引起的离心力作用，可通过转鼓角速度求得；而转鼓受到的物粒离心压力作用，与回转半径的平方成正比。实际上高速离心机可视为一种特殊的承压容器，转鼓一般用铸造毛坯精加工而成，其回转体质量大，为保证其动平衡精度，要求回转部件材料均匀性要好，对铸件毛坯铸造质量要求高，各部件连接处配合精度要求高，以尽可能消减局部残余应力。但由于铸件客观存在一些不易发现的内部缺陷，在循环交变应力作用下，产生疲劳裂纹持续扩展进而断裂，造成转鼓强度降低，严重时局部铸块从转鼓上脱落。

螺旋推进器表面叶片采用连续单螺旋整体叶片，叶片与悬浮液中的固相高速摩擦，叶片容易被物料磨损，特别是锥段部分的叶片更易磨损，造成局部叶片从根部断裂脱落。

3.预防控制措施

（1）泥浆发生气侵，禁止使用高速离心机。泥浆净化处理过程中，应严密监测泥浆变化，一旦发现泥浆气侵，立即停止使用高速离心机，避免可燃气体来源。另外，除气器要按规定使用，以及时除掉泥浆中混存的可燃气体。

（2）加强设备状态监测。配备测振仪等必要监测工具，对高速离心机关键部位进行动态监测，及早发现设备异常征兆，消除设备隐患。设备旋转部件应定期进行探伤检查，预防内部裂纹扩展；转动部件按规定进行动平衡检查，防止疲劳断裂。

（3）建立离心机报废技术标准。现场使用的高速离心机没有量化的报废技术标准，尤其是对转鼓等关键部件没有明确的技术报废标准，致使一些内部隐患不经过探伤很难发现。应建立高速离心机报废技术标准，明确具体使用年限。超过规定年限的，必须进行量化综合评估，评估合格后方可监控延期使用。

（4）优化设备选型。加强高速离心机选型管理，从源头上保证离心机质量。一要严格选厂，严格厂家资质审查，尤其是对高速离心机转鼓铸件毛坯质量控制，转鼓动平衡试验能力条件，应细化技术规范。开展离心机经济技术评价，从可靠性、维修性，供货厂家的售后服务、产品质量等方面，提供量化评价标准，优化高速离心机选型，逐步推广变频高速离心机，避免离心机超载运行。