空压机无故障停车记录事故原因分析

田德军 陈志冲 丁立中

（中国石油辽阳石化分公司，111003）

空压机无故障停车记录事故原因分析

田德军 陈志冲 丁立中

（中国石油辽阳石化分公司，111003）

KDON－10000／20000型空分设备的关键机组空压机突然停车，但在分散控制系统（DCS）中查不到停车的原因。利用原始数据进行工况分析，还原事故经过，找到事故原因的分析判断方法，发现高压电网频率波动为事故原因，并提出了相应的对策。

无故障停车 空压机喘振 原始数据 原因分析

中国石油辽阳石化分公司动力厂KDON－10000／20000型空分设备采用外压缩分子筛净化流程，主体空分设备由杭州制氧机集团有限公司设计制造，空压机则为沈阳鼓风机集团股份有限公司配套的DH80－25型空压机，仪表系统选用的是HONGEYWELL公司的PKS系列分散控制系统（DCS）产品，所有的联锁及控制均由DCS实现。空压机的防喘振控制系统采用固定极限流量法，即空压机的流量始终保持大于50 000 m3／h，低于此流量时放空阀快速开启。

2014年6月17日11∶04，空压机突然停车，同时预冷系统水泵停车，空分系统全停。操作人员立即启动应急预案，对装置进行紧急停车，同时恢复系统开车条件。工艺、设备、电气、仪表等各专业人员随后分别对各自分管的领域进行事故原因排查，结果均未发现停车原因和异常问题。根据生产需要，尝试启动空压机，希望在启动或运行中发现问题，结果空压机启动后机电仪全部正常。观察空压机稳定运行1 h后，决定启动空分系统，氧、氮产品合格，装置运行正常。为了消除隐患，使装置以后能正常运行，对停车原因进行分析。

1 停车原因分析

空压机停车的原因不外乎工艺、设备、仪表、电气这4个方面，然而在DCS和电气控制系统都没有记录到空压机停机的原因，因此首先要检查的就是是否有人在现场误动或偶然碰到了停机按钮从而导致这次事故停机。

对岗位操作人员进行了详细的调查，可以确认空压机现场控制盘附近没有操作工；同时空压机现场附近也没有进行施工作业，不存在外来人员。那么会不会存在什么偶然因素（例如飞鸟等）使按钮被碰到呢？如果现场的停机按钮动作，50 ms内DCS就能收到停车信号。停车事件记录的顺序为空压机运行信号无→预冷系统水泵停车→空分系统停车。在出现空压机运行信号无这个记录之后仅会出现一次喘振预报报警，而在空压机运行信号无这个DCS信息记录之前不会有空压机喘振预报报警的信息记录，很明显与本次停车的信息记录不符，因此可以排除现场出现碰到按钮而导致空压机停车的可能。此外，对控制室的紧急停机回路也进行了排查，在DCS记录中没有记录到该继电器动作，同时电气方面也没有记录到停机指令信息，可以排除这一控制回路故障的可能性。因此还是从收集原始数开始一步步地分析事故原因。

1.1 全面收集整理原始数据

在DCS记录中，虽然没有记录空压机停机的直接原因，但是它能够记录到很多比较重要的参数，对分析事故可以提供直接可靠的信息，因此决定从工艺参数分析入手。部分原始数据见表1。

11∶04∶35前空分塔分馏系统、分子筛纯化系统、预冷系统全部运行正常，空压机排气压力0.51 MPa，排气量56 000 m3／h，电流325 A（额定353 A），其他轴振动、轴瓦温度、油温、油压等参数全部正常稳定。11∶04∶（38，39，40，41，42，45）记录了6次空压机喘振预报，同时记录了发出联锁动作的指令，即空压机防喘振阀开的指令及相关反馈。空压机振动记录数据反映，在11∶04∶40一、二、三、四级轴震动均有3～5μm的增加（41～45 s无数据记录）。预冷系统的冷冻和冷却水泵是在11∶04∶45停止运行的，当时预冷系统压力为0.47 MPa。

表1 原始数据

1.2 对原始数据的解读和分析

通过对记录的信息进行解读，模拟再现当时空分系统事故过程：11∶04∶35装置各部分运行正常→11∶04∶（35～38）空压机流量下降→11∶04∶38空压机流量低于50 000 m3／h→空分系统工况开始异常→11∶04∶（38，39，40，41，42）防喘振放空阀动作（每1 s一次阀门全开的指令），但是流量持续低于50 000 m3／h→11∶04∶（43，44）空压机流量大于50 000 m3／h→11∶04∶45空分装置的空压机停车→空分装置停车。这些信息告诉我们，工况出现异常的时间结点是11∶04∶38，喘振预报报警是停车事件的开始。喘振预报报警的条件是空压机流量低于50 000 m3／h，动作的结果是空压机防喘振阀全开，空压机喘振是使透平空压机机能失常的一种不正常的运行状态。透平空压机发生喘振时，将引起整个空压机管网系统的气流出现周期性振荡现象，不但会使空压机的机能明显恶化，气体的压力、流量也会产生大幅度的脉动。那么空压机是否真的发生喘振从而导致空分系统停车？振动发生了变化，这一点在DCS记录中有所体现，但是事故过程时间仅仅7 s左右，操作人员在这7 s内没有机会注意到空压机流量、压力的变化，所以难以得出准确结论。但是空压机即便真的发生了喘振问题，也不会导致空压机停机，因为在系统中没有这种联锁设计。空压机喘振会加剧整个机组的振动，振动是有工艺联锁的，这种情况下如果空压机停车，DCS是会有联锁动作停车记录的。另外从理论上分析，由于防喘振放空阀的快开，是不会出现机组喘振的问题的，因为设计防喘振放空阀的目的就是防止空压机出现喘振问题。而无论是否发生喘振，也只是过程中出现的现象，不是原因，问题的关键在于流量为什么会下降。

空压机气路设有入口导叶阀、出口阀、放空阀、防喘振联锁放空阀共4个阀门。其中放空阀和防喘振联锁放空阀在空压机正常运行时处于关闭状态，如果出现故障开启，表现出的现象是空压机流量上升，与这次停车的现象不符，可以不做探讨。空压机入口导叶阀、出口阀在运行期间如果出现误动，都会造成空压机流量的下降，所以必须进行必要的分析排查。

入口导叶：在正常运行时关小入口导叶可以导致空压机排气压力和流量同时出现下降。如果入口导叶出现误动关闭，正常来说空压机轴振动会升高，然后轴振动报警，最后联锁停机。预冷系统会由于压力低产生联锁动作，预冷系统水泵的停车时间要早于空压机停车时间。对比DCS记录的信息可知，停车顺序是不一样的，并且在停车后到现场检查发现，入口导叶依然在全开的位置。另外DCS中没有操作入口导叶的记录，所以操作工误操作和阀门本身误动的这两种可能性都可以排除。

空压机出口阀：如果关闭空压机出口阀，空压机排气压力会上升，流量会下降。预冷系统的冷冻和冷却水泵在11∶04∶45停止运行，当时预冷系统压力0.47 MPa。DCS参数记录显示在11∶04∶35预冷系统压力是0.50 MPa，可以确认11∶04∶35之前预冷系统工作是正常的。11∶04∶38出现喘振预报报警，如果是空压机出口阀误动，那么在11∶04∶40会出现压力下降，空压机出口压力上升，然而DCS记录的空压机出口压力却没有出现升高（见表1）。同时DCS中没有查到操作空压机出口阀的记录，因此同样可排除操作工误操作和阀门本身误动的这两种可能性。

综上所述，空压机流量下降工艺方面的因素可以排除。能够导致空压机在正常运行时流量突然大幅度下降，在设备上是做不到的。因为空压机中间冷却器、入口过滤器等设备的影响都是缓慢、渐变的过程，与停车过程的现象不符，很明显是可以排除的。而如果是仪表控制系统测量错误，会导致空压机防喘振联锁动作，联锁动作的结果也仅仅是空压机放空，而空压机是不会停车的，所以仪表控制方面的问题也可以排除。因此，工艺、设备、仪表这3个方面的故障可能性基本上得以排除，只剩下电气部分的高压电问题没有排除。从工艺工况的分析的结果来看，事故的原因已经明确指向高压电系统，怀疑是电网波动导致了空压机流量的下降。

1.3 空压机停车原因

工艺工况分析的结论与电气方面的分析相互验证。工艺分析的结果表明：11∶04∶（38，39，40，41，42）这5 s内空压机流量是下降的，且低于50 000 m3／h；11∶04∶（43，44）即空压机停机前这2 s流量大于50 000 m3／h。这在告诉我们：空压机的工况经历了5 s的被动负荷减少和2 s的主动负荷增加。而这后2 s的主动负荷增加使空压机电机的电流必然要大幅增加，很可能导致电机超负荷乃至于保护跳机。在用专业笔记本检查高压电机综合保护器信息记录过程中，终于“意外”地找到过流保护动作这一停车信息，空压机停车的直接原因得到数据上的确认。但是11∶04∶38空压机流量降低的原因——导致空压机停车的根本原因依然没有答案。对电气设备进行了全面的检查，没有发现任何电器硬件上的故障。在其他车间的空压机出现过类似的问题，事故的原因是电网频率波动导致空压机跳机。但是该车间配置有高压电网频率监控设备，捕捉到了波动的数据，而本车间却没有配置这些设备。按照事故树的分析方法，可以排除掉其他方面的所有可能，仅剩下高压电网频率波动这一因素无法排除；同时这一因素导致故障又可以科学合理地解释所有的现象，与记录到的参数、信息没有任何冲突的地方。所以得出结论：高压电网频率波动是空压机停车的根本原因。

2 结论和建议

（1）任何事故原因的分析，都必须基于原始数据。所以原始数据的收集必须全面、可靠，与事故部位相关系统的参数、事件信息都要采集齐全，在事故分析的过程中都有可能提供重要的线索。如果存在疏漏，那么分析问题的难度就必然会增加，很难理清头绪。本次事故分析过程中，如能够在第一时间收集到综合保护器的记录信息，事故的原因分析就会简单很多。

（2）在分析复杂事故的原因时，确定从哪一事件着手分析非常关键，这会决定事故分析的效率和成败。用事故树方法来确定怀疑因素的范围，再用事件树的方法来论证各因素之间因果关系，结合原始数据排除怀疑因素，一般情况下都会分析到事故的原因。在分析事故的过程中，绘制了很多的图纸进行逻辑因果分析，最后确定以空压机流量变化作为整个事故分析的线索，对分析事故原因起到了至关重要的作用。

（3）增加高压电网频率监控设备。在生产实际中，电网频率瞬间波动时，并不是所有的电机都会出现停车故障，进行事故原因分析是很麻烦的。如果配有电网频率监控设备就能捕捉到数据，没有这种设备只能用排除法进行分析、判断。

Analysis on the Causes of Non－failure Shutdown Accident of Air Com pressor

Tian Dejun，Chen Zhichong，Ding Lizhong
（PetroChina Liaoyang Petrochemical Company，111003）

The air separation compressor，key unit of KDON－10000／20000 air separation plant，shut down accidently，but the causes cannot be found in DCS.Based on analysis of the processing conditions with initial data，the accidentwas restored to find the analyzing and determiningmethods of accident causes.In view that the accident cause was found to be fluctuation of grid system frequency，corresponding countermeasures were raised for prevention of such kind of accidents.

non－failure shutdown，air compressor surge，initial data，cause analysis

1674－1099 （2014）06－0046－03

TH457

A

2014－09－17。

田德军，男，1972年出生，1994年毕业于辽阳石油化工高等专科学校化工工艺专业，2011年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业，从事空分装置生产技术管理工作，工程师，现任中国石油辽阳石化分公司动力厂空分二车间生产主任，装置专家。