一起由空壓機導葉定位器故障引起的空分跳車事故分析與改進

張大偉

（江蘇永鋼集團有限公司制氧廠，江蘇張家港 215628）

1 概述

江蘇永鋼制氧3#空分為21000 m3/h機組，空氣量為10萬m3/h。空壓機入口氣量通過調節入口導葉夾角來實現，初始狀態導葉夾角約為5°，全開時導葉夾角約為110°。空壓機導葉動作由氣動行機構控制，氣動執行機構選用美國FISHER公司3030SF系列雙作用氣動執行機構，配用定位器為艾默生DVC6010智能定位器，該定位器提供4～20 mA閥位反饋輸出信號。導葉開度反饋信號參與空壓機的起停控制，啟動時需開度反饋值需小于10°，以保證空壓機不帶負荷啟動，降低啟動電流。運行時當空壓機導葉開度反饋值小于25°，即判斷為導葉異常關閉，為防止空壓機發生喘振現象，此時聯鎖開空壓機放空閥，關空壓機出口逆止閥。

2 故障現象

2015年10月12日15時45分，制氧3#空壓機在正常運行過程中防喘振閥突然全開，逆止閥關閉，空壓機進入安全運行狀態，空分后續流程設備（預冷系統、膨脹機系統、氧壓機系統、氮壓機系統）聯鎖停運。

查看DCS實時趨勢，如圖1所示。

圖1 空壓機工藝參數趨勢

線①代表空壓機入口導葉開度反饋值，停車時出現兩次波動，數值由56°直接降到23°，低于聯鎖值。

線②代表空壓機喉差，隨著導葉開度波動出現兩次上升的趨勢，由10.5 kPa最大上升到12.2 kPa，說明導葉此刻發生了真實動作。

線③代表空壓機放空閥關度值反饋（100%代表全關，0代表全開），導葉反饋值波動后，放空閥開始動作，由關閉狀態突然打開。

線④代表空壓機排氣壓力，導葉反饋值波動后，放空閥打開，逆止閥關閉，排氣壓力開始下降。

3 原因分析與處理

空分系統正常工況下空氣量保持穩定，空壓機導葉調整幅度較小，開度值反饋基本保持在55°～60°。通過分析故障停車時的工藝參數趨勢可以看出，開度反饋值由正常的56°突降到了23°，達到了聯鎖值25°從而觸發聯鎖，造成空壓機安全運行，后續設備停車，由此確定本次跳車故障的直接原因是空壓機導葉反饋值的異常波動。

引起空壓機導葉開度反饋值波動的原因分析：

（1）操作人員誤操作。查看DCS操作日志，當時沒有對導葉的操作記錄，排查誤操作的原因。

（2）執行機構原因。檢查執行機構本體及與導葉機械連接部位均正常，排除執行機構原因。

（3）儀表氣源壓力波動原因。檢查執行機構氣源壓力為0.45 MPa，且保持穩定，排除氣源原因。

（4）定位器原因。排除上述原因，最終將問題鎖定在定位器。分析認為是由于定位器內部元件故障引起了閥門誤動作，從而造成聯鎖停車。

確定原因后電儀人員對定位器進行了更換，調試正常后于18：00開啟空壓機，20：30分恢復對外供氧。本次故障導致對外供氣中斷約5 h，由于分廠在停車后及時開啟了氧氣汽化裝置，并未對煉鋼煉鐵用氧造成較大影響。

4 改進措施

4.1 預防措施

本次事故是由于智能定位器的突發故障引起的，對定位器進行返廠檢測，廠家也沒有給出明確的定論，只能定性為偶然事件。針對電子儀表，常規的現場點檢并不能發現其內在缺陷，預防類似問題只能根據儀表使用位置的重要性制訂合理的更換周期定期進行更換，預防因設備老化引起的故障。

4.2 程序優化措施

我們對空壓機控制程序進行了仔細研究，認為空壓機導葉開度反饋值參與的聯鎖程序存在一定的缺陷。按照當前程序，當導葉實際未動作，而反饋值因儀表自身故障發生變化的情況下也會導致聯鎖動作，位置反饋值由電子儀表發出，自身出現故障的概率也比較大，為了提高聯鎖動作的可靠性，避免由于儀表自身故障引發的聯鎖停車，應該對程序加以優化。

（1）開度參與聯鎖的作用

空壓機導葉開度反饋值參與聯鎖，其作用是用于判斷空壓機喘振的一個條件，設計的初衷是當發生空壓機導葉突然關閉到小于25°時，空壓機流量會減小，出口壓力會降低，為了防止氣體反流向空壓機，發生喘振現象，此時需聯鎖開空壓機放空閥，關逆止閥，實現對空壓機設備的保護。

（2）開度與喉差的關系

空壓機喉差用于檢測空壓機入口部位的差壓，類似于一個節流裝置，喉差大小的變化基本上可以反映空壓機進氣量的大小。導葉的開度加大，空壓機氣量變大，喉差也相應變大，導葉開度減小，空壓機氣量變下，喉差也相應變小。

表1為空壓機加載過程中導葉開度與喉差的關系表。

表1 導葉開度與喉差的關系

通過上述分析可以得出一旦空壓機導葉關閉，導葉開度反饋值和喉差必定同時減小，由這兩個量來判斷導葉是否關閉要比單獨用開度反饋值來判斷導葉的動作更加可靠。2017年底制氧3#空分大修，分廠利用此機會對聯鎖程序進行了優化，現已投入正常運行。

5 結語

空分系統現場儀表聯鎖點較多，都是為保護設備與工藝的安全，然而在實際運行過程中，大部分的聯鎖停車事故卻都是由儀表本身的故障所引發的，這對空分的穩定運行是一個很大的隱患。為了防止類似故障的發生應該從儀表選型、日常維護、定期更換、程序優化等多方面著手，才能為空分系統穩定運行提供可靠保障。