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空气管道低温态爆破的事故分析与处理前 言新钢气体公司KDON225000/ 25000 型空分设备是由杭州杭氧股份有限公司设计、制造的大型空分设备, 机组采用常温分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料塔和全精馏无氢制氩技术, 控制系统采用浙大JX2300X集散控制系统, 于2005 年5 月正式投入使用。2006 年2 月18 日, DN400mm 空气管道焊缝泄漏引起下塔液空倒流至冷箱外空气管道, 造成空气管道低温态爆破、空气进主换热器调节阀V114 损坏的事故。1 事故经过2006 年2 月18 日5∶50 左右, 操作人员听到冷箱外有很大的气流声, 1min 左右空压机放空阀联锁放空。紧急停运空压机后, 操作人员发现空气进主换热器调节阀V114 处有大量冷气冒出, 十几秒后听到很大的管道爆破声, V114 阀从管道上断开掉落至一楼地面, 爆破的空气管道碎片飞至十几米远。空气管路如图1 所示, A、B、C 之间的空气管道断开成多段。2 事故原因分析空分设备恢复生产后, 对爆破的管道进行了详细分析, 确定最初泄漏的地方为一DN400mm 空气管道焊缝处。该条焊缝内侧有一根焊条存在明显的质量缺陷, 在中压空气长时间的冲刷下焊缝开裂,空气大量泄漏使空分系统压力骤然下降, 空压机因分子筛吸附器阻PDIAS1205 大于15kPa 而联锁放空。根据仪控说明书要求, 此时空气进主换热器调节阀V111、V112、V113 和V114 应同时联锁失电全关, 理论上下塔液空不可能返流至热端空气管道。空气管道炸裂时相关运行参数见表1 图1 空气管路示意图MS1201、MS1202 —分子筛吸附器 E1～E4 —主换热器 C1 —下塔 C2 —上塔 V111、V112、V113、V114 —空气进主换热器调节阀表1 空气管道炸裂时相关运行参数kPa参 数05∶53∶34 05∶54∶15 05∶55∶26 05∶55∶46 06∶35∶50分子筛吸附器进口压力PIAS1102 490 162 40 20 8分子筛吸附器出口压力PIAS1103 450 155 255 16 1分子筛吸附器阻力PDIAS1205 ≥20 7 0 4 7下塔压力PI1 460 282 240 220 130 由表1 分析可得, 05∶53∶34 , 因DN400mm 空气管道焊缝泄漏, 分子筛吸附器出口压力PIAS1103下降到450kPa , 空压机因分子筛吸附器阻力大于15kPa 而联锁放空, 调节阀V111、V112、V113 和V114 联锁全关。此时下塔压力PI1 约为460kPa ,因空气进主换热器调节阀全关, 下塔液空没有出现返流。05∶54∶15 , 空压机放空阀全开使分子筛吸附器进口压力PIAS1102 下降至162kPa , 而分子筛吸附器出口压力缓慢下降到155kPa , 分子筛吸附器阻力下降为7kPa 。因空气进冷箱调节阀DCS 系统控制程序没有做联锁闭锁, 当分子筛吸附器阻力小于15kPa 时, 调节阀V111、V112、V113 和V114 又得电全开, 此时下塔压力约为280kPa , 高于分子筛吸附器出口压力, 下塔液空开始返流至空气管道。因V112、V114 阀一侧DN400mm 空气管道焊缝泄漏,空气压力下降得更快, 大部分下塔液空往V112、V114 阀一侧返流。05∶55∶26 前, 超低温( - 173 ℃) 液空进入碳钢管道, 通过管壁与大气换热而汽化增压(液空汽化成空气体积膨胀800 倍) , 碳钢管道内压力剧增。05∶55 ∶26 , 分子筛吸附器出口压力突然上升到255kPa , 图1 中A、B、C 之间的空气管道压力相应更高, 超过管道的强度极限就发生爆破, V114 阀从管道上断开掉至地面。整个空分系统与大气相通, 分子筛吸附器出口压力迅速降为16kPa , 空分设备下塔在冷箱法兰处与大气相通, 大量的液空从V114 阀冷箱处法兰喷出, 直到06∶35∶50 , 下塔压力为130kPa 时冷箱处法兰还有少量液空喷出。根据上述分析, 这次事故是超低温液空进入了不耐低温的碳钢管道, 管道发生低温冷脆, 降低了机械强度, 同时在液空剧烈的汽化增压的双重作用下, 造成一起典型的空气管道低温态超压物理性爆破事故。DN400mm 空气管道焊缝内侧质量缺陷是此次事故的直接原因, 而DCS 系统组态控制程序?60 ?没有联锁闭锁功能则是使事故扩大的主要原因。3 事故处理措施(1) 将A、B、C 3 点之间的空气管道全部更换; 更换V114 阀; V114 阀配对法兰裂纹补焊, 待下次空分设备检修时更换。(2) 修改DCS 系统组态控制程序, 对V111、V112、V113 和V114 阀的联锁条件增加故障手动复位功能按钮, 当空压机停机或分子筛吸附器压差大于15kPa 时, 电磁阀失电调节阀联锁全关, 在故障复位前, 调节阀始终保持联锁全关状态。(3) 当空压机停机或分子筛吸附器压差大于15kPa 时, V111、V112、V113 和V114 阀PID 调节器强制为手动状态, 在故障复位前PID 调节器输出4mA 信号, 使上述4 个调节阀全关。(4) 当空压机停机或分子筛吸附器压差大于15kPa 时, 调节阀V101 手操器输出4mA 信号,V101 阀全关。4 经验总结事故发生后, 虽然采取了相应的处理措施, 但空分设备被迫停运了20 多小时, 造成了较大的经济损失。事后经过总结, 得出了一些在运行维护过程中应注意的问题。(1) DCS 系统组态过程中, 对空压机、氧压机、氮压机、水泵、空冷塔和膨胀机等设备的相关联锁条件一定要有联锁闭锁功能, 在故障复位前,不能改变联锁故障状态, 以免造成设备事故。(2) 空分设备运行过程中应检查空分设备中各调节阀的手、自动状态是否正确, 对于气开式调节阀, 在自动状态下, 一定要将手轮拨回到规定的全关位置并处于自由状态, 这样调节阀在失气时才能关到位。对于气闭式调节阀, 在自动状态下, 一定要将手轮拨回到规定的全开位置并处于自由状态,这样调节阀在失气时才能开到位。(3) 在对空分系统检修时, 要对各调节阀做联锁试验, 因电磁阀长时间固定于一个位置, 电磁阀内的滑杆容易卡死, 在故障联锁状态下起不到保护作用。 |
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发表于 2011-4-20 04:40:47
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