一起由空压机导叶定位器故障引起的空分跳车事故分析与改进

2018-11-29张大伟

冶金动力 2018年12期

张大伟

（江苏永钢集团有限公司制氧厂，江苏张家港 215628）

1 概述

江苏永钢制氧3#空分为21000 m3/h机组，空气量为10万m3/h。空压机入口气量通过调节入口导叶夹角来实现，初始状态导叶夹角约为5°，全开时导叶夹角约为110°。空压机导叶动作由气动行机构控制，气动执行机构选用美国FISHER公司3030SF系列双作用气动执行机构，配用定位器为艾默生DVC6010智能定位器，该定位器提供4～20 mA阀位反馈输出信号。导叶开度反馈信号参与空压机的起停控制，启动时需开度反馈值需小于10°，以保证空压机不带负荷启动，降低启动电流。运行时当空压机导叶开度反馈值小于25°，即判断为导叶异常关闭，为防止空压机发生喘振现象，此时联锁开空压机放空阀，关空压机出口逆止阀。

2 故障现象

2015年10月12日15时45分，制氧3#空压机在正常运行过程中防喘振阀突然全开，逆止阀关闭，空压机进入安全运行状态，空分后续流程设备（预冷系统、膨胀机系统、氧压机系统、氮压机系统）联锁停运。

查看DCS实时趋势，如图1所示。

图1 空压机工艺参数趋势

线①代表空压机入口导叶开度反馈值，停车时出现两次波动，数值由56°直接降到23°，低于联锁值。

线②代表空压机喉差，随着导叶开度波动出现两次上升的趋势，由10.5 kPa最大上升到12.2 kPa，说明导叶此刻发生了真实动作。

线③代表空压机放空阀关度值反馈（100%代表全关，0代表全开），导叶反馈值波动后，放空阀开始动作，由关闭状态突然打开。

线④代表空压机排气压力，导叶反馈值波动后，放空阀打开，逆止阀关闭，排气压力开始下降。

3 原因分析与处理

空分系统正常工况下空气量保持稳定，空压机导叶调整幅度较小，开度值反馈基本保持在55°～60°。通过分析故障停车时的工艺参数趋势可以看出，开度反馈值由正常的56°突降到了23°，达到了联锁值25°从而触发联锁，造成空压机安全运行，后续设备停车，由此确定本次跳车故障的直接原因是空压机导叶反馈值的异常波动。

引起空压机导叶开度反馈值波动的原因分析：

（1）操作人员误操作。查看DCS操作日志，当时没有对导叶的操作记录，排查误操作的原因。

（2）执行机构原因。检查执行机构本体及与导叶机械连接部位均正常，排除执行机构原因。

（3）仪表气源压力波动原因。检查执行机构气源压力为0.45 MPa，且保持稳定，排除气源原因。

（4）定位器原因。排除上述原因，最终将问题锁定在定位器。分析认为是由于定位器内部元件故障引起了阀门误动作，从而造成联锁停车。

确定原因后电仪人员对定位器进行了更换，调试正常后于18：00开启空压机，20：30分恢复对外供氧。本次故障导致对外供气中断约5 h，由于分厂在停车后及时开启了氧气汽化装置，并未对炼钢炼铁用氧造成较大影响。

4 改进措施

4.1 预防措施

本次事故是由于智能定位器的突发故障引起的，对定位器进行返厂检测，厂家也没有给出明确的定论，只能定性为偶然事件。针对电子仪表，常规的现场点检并不能发现其内在缺陷，预防类似问题只能根据仪表使用位置的重要性制订合理的更换周期定期进行更换，预防因设备老化引起的故障。

4.2 程序优化措施

我们对空压机控制程序进行了仔细研究，认为空压机导叶开度反馈值参与的联锁程序存在一定的缺陷。按照当前程序，当导叶实际未动作，而反馈值因仪表自身故障发生变化的情况下也会导致联锁动作，位置反馈值由电子仪表发出，自身出现故障的概率也比较大，为了提高联锁动作的可靠性，避免由于仪表自身故障引发的联锁停车，应该对程序加以优化。

（1）开度参与联锁的作用

空压机导叶开度反馈值参与联锁，其作用是用于判断空压机喘振的一个条件，设计的初衷是当发生空压机导叶突然关闭到小于25°时，空压机流量会减小，出口压力会降低，为了防止气体反流向空压机，发生喘振现象，此时需联锁开空压机放空阀，关逆止阀，实现对空压机设备的保护。

（2）开度与喉差的关系

空压机喉差用于检测空压机入口部位的差压，类似于一个节流装置，喉差大小的变化基本上可以反映空压机进气量的大小。导叶的开度加大，空压机气量变大，喉差也相应变大，导叶开度减小，空压机气量变下，喉差也相应变小。

表1为空压机加载过程中导叶开度与喉差的关系表。