2万m3卷帘型干式气柜运行故障原因分析及处理方案

杨家兵

(中韩(武汉)石油化工有限公司，湖北 武汉 430082)

炼厂各装置高低压放空气的压力及流量波动较大，不宜直接回收利用，大多采用将放空气引入气柜的工艺，再通过压缩机增压后进入燃料气管网供锅炉和加热炉使用。气柜的主要作用就是回收和储存各装置放空气，根据密封结构型式不同，主要分为湿式气柜和干式气柜，其中湿式气柜因腐蚀及运行过程中易出现导轨卡阻等故障已经很少使用。干式气柜又分为稀油密封型、干油密封型和橡胶膜密封型(卷帘密封型)，其中橡胶膜密封型气柜因运行中无润滑油消耗和动力消耗等优点被广泛应用。

某石化公司气柜为公称容积2万m3的卷帘型干式气柜，主要结构如图1所示，密封膜分为2段，2001年12月投用，主要参数见表1。

图1 卷帘型干式气柜结构示意

表1 气柜主要参数

气柜引入气体时，活塞和密封内膜在气体的压力作用下上升，当活塞上升到T围栏位置时，内膜展开，继续进气，活塞和T围栏带动外膜一起上升；当达到最高位置时，外膜展开，气柜达最高储容，如果继续进气会触发放散装置开始放气，保护气柜安全。气柜排气时，运行过程同上述过程相反。

1 气柜运行故障

2016年7月12日晚班，火炬岗位将装置高低压放空气收进气柜，增压站2号、5号机运行回收气柜瓦斯送焦化装置脱硫。7月13日3:16，气柜达到18.5 m并继续上升时，关闭高压放空气回收支线，拆除高压放空气火炬水封，停止回收高压放空气。气柜活塞开始下降。完成调整后，到操作室外观察火炬燃烧情况，并到气柜附近检查气柜运行情况。在检查过程中听见气柜内发出摩擦声音，怀疑气柜导轮有卡阻现象，就沿气柜周边进行检查。这时闻到有瓦斯味，气柜内出现很大撞击声。操作工马上回到操作室向公司值班人员汇报，并通知气防人员现场警戒监护。到4:13，气柜由18.6 m快速下降到最低位1.075 m，伴有大量瓦斯泄漏，柜壁在6～13 m处出现多处刮破、刮伤。

2 气柜故障原因分析

2.1 气柜本体损伤情况

气柜损伤情况如图2～图5所示，其中柜体高度13 m左右处碰撞严重，有9处破损，最大开口有1.1 m，柜体破口正上方有一段明显的导向轮划痕。碰撞点处皮膜多处损坏(外膜下端附近)； T围栏总体向西南倾斜，同柜体发生严重碰撞，T围栏东北方向因T围栏总体偏移，没有落在T围栏支架上，造成T围栏构架严重变形，并挤压气柜活塞，导致皮膜(内膜)外表擦伤严重，多处穿孔。

图2 气柜外貌

图3 气柜柜体碰撞

图4 气柜内构件损伤

图5 气柜柜体撕裂

2.2 运行故障原因分析

2.2.1 气柜本体情况

气柜在2015年12月因皮膜出现漏点进行了检修。在检修期间，更换了内、外皮膜，并对调平装置导轮轴承和钢丝绳进行了加油处理。之后通过风机引风对皮膜进行了查漏，并对活塞运行情况进行了检查。检查结果显示，活塞总体运行平稳，水平度15 mm，在设计标准30 mm范围内。试运合格后，气柜投入正常运行，并且运行半年之久，活塞升降平稳，无异常情况发生。因此，检修质量是可以保证的。

2.2.2 外部条件的影响

1) 2016年7月武汉连续暴雨，12日，外购蒸汽管道通过的涵洞被淹,蒸汽温度大幅度下降，装置汽轮机机组被迫停机，各装置集中大量放空气体，导致进入气柜的瓦斯的量及压力大幅波动。气柜压力趋势见图6。

由图6可以看出：当时的生产处于极不稳定的过程中，在气柜高度达到18.5 m后，气柜停止进气，活塞开始下行，出现故障。鉴于气柜本身结构的特殊性，活塞工作时处于浮动状态；由于操作波动太大，导致活塞上升速度和下降速度过快，活塞和T围栏的运动速度也随之加快，同时，由于惯性作用，活塞不可避免出现晃动发生水平偏移，从而导致故障发生。

图6 气柜压力趋势

2) 活塞在运行过程中也有可能发生水平度的变化，即活塞发生倾斜，此时，在活塞上会产生水平分力，当该分力达到一定程度时，会使T围栏发生水平偏移，而偏移累积到一定程度，则会使T围栏同柜体接触。这种情况应该发生在上升过程，并且不会伤到皮膜。从图7所示的气柜料位趋势分析可知，气柜出现该故障时，气柜活塞应该在下降的过程中，导轮碰撞痕迹也证明了这一点。对气柜结构进行剖析发现，出现故障时气柜高度达到18.5 m，正在对气柜进行泄压，应该是T围栏下导轮首先同柜体发生碰撞、挤压，导致皮膜泄漏，T围栏继续下滑，使皮膜破口增大，导致恶性循环，使气柜严重受损。

图7 气柜料位趋势

3) 气柜出现故障的第一时间没有及时关闭气柜的进、出口阀门，停止压缩机运行，以便让活塞处于保持状态或很缓慢的下降状态，反而采取措施加快了泄放速度，造成皮膜和内构件发生二次损坏，加剧了气柜故障的损坏程度。

3 气柜修理方案

气柜修理的主要工程量是T围栏的修复和密封皮膜的更换，关键工序包括以下几个方面。

3.1 清淤

在柜内气体达到安全施工要求的情况下， 施工人员进入活塞下部(活塞临时支撑已经安装)， 进行气柜底板、 活塞底板反面、 T围栏架台上淤泥、 杂物的清理。由于这些都是易燃物品， 在施工前必须清理干净， 以防施工动火时发生燃烧事故。

3.2 活塞纠偏

T围栏有8档偏移T围栏架台坠落500 mm左右， 与活塞托座栏杆相互夹紧， 造成活塞偏移最大值达500 mm， 旋转350 mm，皮膜破损严重。

为纠正活塞偏移，进行了如下操作：

1) 利用千斤顶和手拉葫芦等将坠落的T围栏顶升至T围栏架台平台上；

2) 对破损的皮膜进行修补，其中外膜修补了17条长度为500～1 300 mm的撕裂长缝，内膜修补了20多处破洞；

3) 通过鼓风机鼓风将活塞顶起，调整活塞至中心位置，纠偏后偏差小于100 mm；

4) 排气落下活塞，拆除破损的皮膜。

3.3 T围栏及柜体侧板受损部位修复

1) T围栏不能修复部分重新按设计图要求，用新的材料进行部件的制作；

2) T围栏分片整形合格后移至正确位置，完成T围栏成形组装工作；

3) 破损柜体、皮膜密封槽钢及角钢修理或更新，其中柜体修补19处，均采用挖补修理，面积约12 m2。

3.4 安装新的密封皮膜

1) 将带包装新皮膜运进柜内。

2) 先安装外膜，后安装内膜。在皮膜的吊耳上安装专用夹具，并安装好圆径控制钢绳；用逐步展开法将外膜吊起，逐步放松圆径控制钢绳，协调各吊点，控制皮膜的起吊高度，防止皮膜与钢结构的棱角钩挂。

3) 皮膜起吊高度及圆径到位后， 放下皮膜到合适高度开始安装。首先， 将皮膜上端标有记号的螺孔与上部密封角钢上标有记号的螺孔重叠， 穿上螺栓；然后以此点为基准， 向两侧安装皮膜。皮膜上部安装完后， 按同样要求完成下部的安装。

3.5 调平装置的维修

1) 对调平钢丝绳、导向轮、滑轮进行检查，调整好每个导轮的垂直度和与调平钢丝绳的平行度；保证各导向滑轮及柜顶滑轮转动灵活、轴承座固定牢固。

2) 检查、保养调平装置配重块的导向轮，对不符合运行要求的进行更新。调整导向轮的位置，使其在上下运行时转动灵活，无卡轨和脱轨现象。

3.6 放散装置的维修

1) 检查放散管顶端部的自动放散阀，要求封盖严密、无泄漏现象。

2) 检查自动放散的顶开装置，要求调整至上下灵活。

3.7 气柜的综合调试

3.7.1 查漏及活塞倾斜度调整

用风机向柜内送气， 将活塞顶升5 mm， 然后用肥皂液检查皮膜与密封角钢、 槽钢的结合部， 并及时处理漏点。当活塞顶升至8 m处时， 停止往柜内送气， 测量活塞的倾斜量， 并调整调平钢丝绳的花兰螺栓、 移动活动配重块在活塞砼围环上的位置， 将活塞的倾斜量控制在±10 mm之内。

3.7.2 活塞与T围栏的碰撞试验

1) 在活塞上部走道36块橡胶块位置上安放直径50 mm、高100 mm的成形的油灰圆柱体，缓慢顶升活塞，当64个油灰圆柱体全部与T围栏相碰时，停止活塞顶升并排放柜内空气，使活塞下降2 m左右。

2) 逐一测量被挤压的圆柱体的高度， 对于高度不同处， 调整橡胶块底座的相应高度， 用钢板垫平， 使36块橡胶块与T围栏能同时接触， 这样既达到使活塞与T围栏接触部位受力均匀的目的， 又可防止T围栏在以后长期运行中产生偏移。

3) 继续向柜内送气，当活塞带着T围栏上升1 m后，停止送气。测量活塞倾斜量，并与前面记录的数据进行比对，如差距>10 mm，则应在活塞砼围环上均取活动配重块，放置在T围栏较高部位的上部走道上，以确保T围栏本身的平衡。

4) 活塞带动T围栏继续上升，接近顶部时要注意外膜垂挂部分的展开；应到T围栏底部检查皮膜是否全部展开。

5) 活塞带动T挡板继续上升，T挡板垫碰到自动放散顶开装置时，检查放散装置的运行是否符合要求。

6) 上述工作完成后，对活塞再做一次全行程的升降试验，并记录活塞和T挡板在不同高度的倾斜量以及活塞与T围栏、T挡板与侧板的间隙。

3.7.3 快速升降试验

由于风机能力的问题，一般只做快速下降试验。活塞下降时，打开4个放散管，有必要时也可打开部分相关的人孔。要求活塞下降平稳，无飘移、抖动现象及异常声响，调平装置运行正常为合格。

3.7.4 试验结论

气柜经过综合调试，活塞在升降试验过程中运行正常、平稳，无卡阻现象和异常声音，内、外皮膜完全展开、无皱褶，调试相关数据基本达到设计要求，完全能满足系统运行需要。

4 气柜增加监控设施

由于气柜没有安装活塞运行监测设备，活塞运行状态出现异常时不能被及时发现。经调查和咨询，在钢铁企业中，气柜普遍安装有活塞倾斜仪和活塞漂移检测系统，企业根据监测数据，调整活塞运行状态，保证活塞平衡运行。由于该2万m3卷帘型干式气柜没有活塞倾斜仪和活塞漂移检测系统等监测手段，在气柜运行过程中，没能及时发现活塞偏移，最终导致设备故障的发生。 为直观掌握活塞运行状态，及时发现设备隐患，公司采取了以下监控措施：

1) 安装活塞倾斜仪和活塞漂移检测系统等。

2) 在气柜内安装电视监控系统。

5 气柜运行管理措施

对这次故障处理过程进行分析发现，由于没有对应的预案，导致处理措施不当，扩大了事故的影响。为了避免类似事故再次发生，制定了相应措施：

1) 完善气柜故障应急处理预案，并开展气柜故障预案演练，提高故障处理能力；

2) 加强工艺管理，提高气柜平稳操作水平；

3) 对气柜结构原理和操作规程进行技术培训；

4) 完善气柜定期检查和维护保养制度。

6 结语

外购蒸汽温度的大幅度降低，引起生产装置大面积放空，与此同时，又没有控制引入气柜的气量， 使得气柜操作压力大幅波动， 导致活塞出现剧烈晃动， 造成活塞同气柜柜体发生碰撞。因此， 外购蒸汽温度的大幅度降低是造成气柜损伤的直接原因。活塞运行出现异常后， 没有及时采取有效措施， 关闭进、出口阀门， 使活塞尽快平稳， 而是采取快速放空的不正确操作，加重了气柜的损伤程度。

气柜安装必要的运行监控设备，有利于保证气柜安全运行；开展气柜故障预案演练，可有效提高故障处理能力。