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增壓透平膨脹機(jī)事故分析

文檔作者：杜紅梅文檔來源：吉林省通化鋼鐵股份公司氧氣廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月24日
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問題研究 第32卷2014年第5明(總第173蚓)
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增壓透平膨脹機(jī)事故分析
杜紅梅
(吉林省通化鋼鐵股份公司氧氣廠 通化 134003)
【摘要】分析了為KDON一20000／40000空分設(shè)備配套的TPZ24型透平膨脹機(jī)兩起事故的起因，給操作
維護(hù)工作以啟示。
【關(guān)鍵詞】 空分設(shè)備透平膨脹機(jī)燒損
Fault Analysis of Boost Turbine Expander
DU Hong——mei
(Oxygen MakingPlant ofJilin Tonghua Iron＆Steel Co．，Ltd．，Tonghua 134003)
【Abstract】Analyze the reason of two faults occurred in the TPZ24 turbine expander completed
with KDON-20000／40000 air separation equipment．It gives enlightenment on the operation and maintenanee
work．
【Key words】Air separation equipment，expansion turbine，burning
1 前言
增壓透平膨脹機(jī)是制氧行業(yè)空分設(shè)備的關(guān)鍵
機(jī)組之一，因?yàn)樵趩?dòng)制氧時(shí)需要膨脹機(jī)提供大量
的冷量使空氣液化，而正常運(yùn)行時(shí)也要依靠膨脹
機(jī)制冷以補(bǔ)償冷損失。氧氣廠兩萬制氧生產(chǎn)線采
用KDON一20 000／40 000型空分裝置，與之配套的
是2臺(tái)TPZ24型透平膨脹機(jī)，額定轉(zhuǎn)速20 300r／min，
供油壓力0．25～0．3MPa，每臺(tái)膨脹機(jī)都采用獨(dú)立的
油站供油
2 機(jī)組結(jié)構(gòu)及工作流程
機(jī)組由帶底座的透平膨脹機(jī)、增壓機(jī)、供油系
統(tǒng)、儀表柜、小冷箱、增壓機(jī)后冷卻器組成，用底腳
螺釘將各部固定于混凝土基礎(chǔ)上，防止周圍的振
動(dòng)和沖擊傳給本機(jī)組。工作流程如圖1所示。
圖1 膨脹機(jī)流程
(1)主機(jī)結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子兩端分別裝有膨脹機(jī)葉
輪和增壓機(jī)葉輪，是一剛性轉(zhuǎn)子，套裝在機(jī)身軸承
上。前后軸承均為三油穴徑向推力聯(lián)合式軸承，
由油管供給清潔而充足的潤(rùn)滑油，使轉(zhuǎn)子能長(zhǎng)期
穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。采用鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量軸承溫度。在
靠近膨脹側(cè)的密封套內(nèi)充人常溫密封氣，以阻止
流經(jīng)膨脹機(jī)的低溫氣體外泄而“跑冷”，為控制噴
嘴出口的氣體與密封氣之間的壓力差維持在
0．04MPa這一適當(dāng)水準(zhǔn)上，特設(shè)置一精密減壓閥。
增壓側(cè)的密封套內(nèi)除啟動(dòng)時(shí)須充入0．15MPa壓力
的密封氣外，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可不供密封氣。增壓機(jī)
葉輪與膨脹機(jī)葉輪置于同一軸上，二者轉(zhuǎn)速相同，
由膨脹機(jī)葉輪發(fā)出的機(jī)械功驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。工質(zhì)氣
體吸人增壓機(jī)葉輪后被加速、增壓進(jìn)入無葉擴(kuò)壓
器后又進(jìn)一步減速增壓，隨后被匯集入增壓機(jī)蝸
殼排出機(jī)外，再經(jīng)增壓機(jī)后冷卻器降溫后進(jìn)人膨
脹機(jī)蝸殼內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴再進(jìn)入工作輪作功，然后
經(jīng)擴(kuò)壓室排氣管排出。膨脹氣量調(diào)節(jié)是依靠安裝
在冷箱上的氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)V406A帶動(dòng)噴嘴葉
片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變其通道面積來實(shí)現(xiàn)。在膨脹機(jī)
的進(jìn)口處設(shè)置一個(gè)緊急切斷閥V405A，當(dāng)機(jī)組處
于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)各危險(xiǎn)點(diǎn)發(fā)出的連鎖信號(hào)，此
閥能在很短時(shí)間(3s)內(nèi)關(guān)閉，從而切斷進(jìn)入膨脹機(jī)
的氣源，使其快速停車，起到安全保護(hù)作用。此閥
工作時(shí)所用的儀表空氣是通過電磁閥供應(yīng)的，在
一23 —
第32卷2014年第5期(總第173期) 問題研究
危急情況下，膨脹機(jī)儀控系統(tǒng)聯(lián)鎖可切斷電磁閥
電源，使緊急切斷閥快速關(guān)閉，與此同時(shí)，增壓機(jī)
回流閥V404A自動(dòng)全開。增壓機(jī)回流閥的開大或
關(guān)小可使壓力降低或升高，該閥在儀控系統(tǒng)自動(dòng)
控制下可達(dá)到壓力恒定的目的。當(dāng)增壓機(jī)進(jìn)口流
量小到一定數(shù)值時(shí)，機(jī)器會(huì)出現(xiàn)喘振，此時(shí)壓力會(huì)
大幅波動(dòng)，并發(fā)出強(qiáng)烈的“喘氣”聲響和振動(dòng)，將造
成機(jī)器損壞，為防止這種情況出現(xiàn)，該閥會(huì)在進(jìn)口
流量小到一定數(shù)時(shí)自動(dòng)打開。正常運(yùn)行時(shí)，開大
回流閥，可增加增壓機(jī)負(fù)荷，使膨脹機(jī)減速。
(2)供油系統(tǒng)為潤(rùn)滑油從油箱進(jìn)入油泵升壓
后進(jìn)入油冷卻器和切換式油過濾器，再分別進(jìn)入
增壓側(cè)及膨脹側(cè)軸承，最后由機(jī)身內(nèi)腔匯人回油
管回到油箱。另外設(shè)一油壓容器在油泵啟動(dòng)時(shí)自
行充油，用以保證油壓降低或油泵停轉(zhuǎn)、機(jī)組聯(lián)鎖
停車時(shí)能繼續(xù)供油一段時(shí)間(約2min)，確保軸承
不損壞。通過油泵截止閥和溢流閥可調(diào)整油壓。
油路中的油蒸汽通過油氣分離器排出。
3 事故情況
近年來連續(xù)出現(xiàn)兩起增壓膨脹機(jī)燒毀事故，
比較有典型性，現(xiàn)對(duì)事故做一總結(jié)分析。
3．1 維護(hù)不當(dāng)造成膨脹機(jī)燒損
(1)2010年1O月l1日，兩萬生產(chǎn)線全面停機(jī)
(空分未排液)計(jì)劃?rùn)z修，檢修計(jì)劃要求電氣人員
對(duì)1號(hào)膨脹機(jī)油泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查，對(duì)其軸承進(jìn)行
清洗并加注新潤(rùn)滑脂。儀表人員對(duì)其所屬氣動(dòng)閥
門進(jìn)行限位調(diào)試。儀表人員在對(duì)V405A緊急切斷
閥閥進(jìn)行“開”限位調(diào)試時(shí)聽到膨脹機(jī)有轉(zhuǎn)動(dòng)聲
音，迅速跑到樓上主控室查看1號(hào)膨脹機(jī)軸承趨
勢(shì)，趨勢(shì)顯示增壓側(cè)軸承溫度達(dá)280℃ ，膨脹側(cè)軸
承溫度8O℃ ，轉(zhuǎn)速最高時(shí)達(dá)30 000dmin，軸承溫度
升高過程與轉(zhuǎn)速驟升同步。經(jīng)過各專業(yè)技術(shù)人員
分析后迅速對(duì)1號(hào)膨脹機(jī)進(jìn)行解體檢修。l0月12
日檢修人員對(duì)1號(hào)膨脹機(jī)解體發(fā)現(xiàn)：增壓側(cè)軸承止
推面及徑向面合金已全部熔化，主軸與軸承接觸
處已出現(xiàn)抱死，密封全部損壞。
(2)事故啟示：工種間未協(xié)調(diào)。電氣人員檢修
油泵電機(jī)時(shí)未與運(yùn)行人員協(xié)調(diào)溝通，儀表人員對(duì)閥
門進(jìn)行調(diào)校作業(yè)時(shí)也未與運(yùn)行人員溝通、協(xié)調(diào)、確
認(rèn)檢修條件，致使儀表人員在調(diào)試該閥門過程中因
膨脹機(jī)進(jìn)出口閥未關(guān)，停車時(shí)運(yùn)行人員只關(guān)閉緊急
切斷閥及噴嘴，增壓側(cè)逆止閥與膨脹側(cè)葉輪間密閉
空間內(nèi)有殘留氣體，當(dāng)儀表人員在調(diào)試緊急切斷閥
一24 一
的同時(shí)又調(diào)試噴嘴開度時(shí)，致使管道內(nèi)殘余氣流進(jìn)
入膨脹側(cè)葉輪導(dǎo)致飛車，而此時(shí)又恰巧電氣人員檢
修油泵電動(dòng)機(jī)，使軸承無潤(rùn)滑液，而造成膨脹機(jī)膨
脹側(cè)及增壓側(cè)軸承損壞?？梢姠龠M(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)
各工種間一定要協(xié)調(diào)并告知運(yùn)行人員進(jìn)行工藝條
件確認(rèn)，此次事故如先告知運(yùn)行人員對(duì)照工藝圖紙
將膨脹側(cè)排放閥打開，就會(huì)使殘余氣體排放掉，在
調(diào)試閥門時(shí)不會(huì)造成燒瓦事故的發(fā)生。②儀表人
員在日后調(diào)試緊急切斷閥時(shí)，不能同時(shí)調(diào)試噴嘴以
防膨脹側(cè)排放閥未打開造成飛車。③在調(diào)試緊急
切斷閥時(shí)一定要啟動(dòng)油泵，避免轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承無
法潤(rùn)滑，使閥門調(diào)試過程更為穩(wěn)妥。
3．2 操作不當(dāng)造成膨脹機(jī)燒損
(1)2011年7月24日，通鋼新工程施工時(shí)引起
電纜放炮，致使兩萬機(jī)組高壓電突然消失，當(dāng)時(shí)運(yùn)
行的2號(hào)膨脹機(jī)在主控室顯示增壓側(cè)軸承溫度
435 oC，膨脹側(cè)軸承溫度296oC。緊急切斷閥都在
相應(yīng)時(shí)刻啟動(dòng)聯(lián)鎖，很顯然在斷電油泵停止運(yùn)行
后油壓容器沒能起到提供潤(rùn)滑油的作用。第二
天，檢修人員對(duì)2號(hào)膨脹機(jī)拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，軸瓦合金
面全部熔化，并與主軸抱死，抱死的主軸處烤藍(lán)嚴(yán)
重，密封全部損壞，葉輪與擴(kuò)壓器粘接。由于轉(zhuǎn)子
需作動(dòng)平衡、庫存?zhèn)浼蛔愕纫蛩赜绊懺撆_(tái)膨脹
機(jī)歷時(shí)近兩個(gè)月才恢復(fù)運(yùn)行，給生產(chǎn)帶來了被動(dòng)
局面。
(2)事故啟示：設(shè)備事故分析中發(fā)現(xiàn)：在倒換
設(shè)備啟動(dòng)該臺(tái)膨脹機(jī)時(shí)，運(yùn)行人員沒有對(duì)油壓容
器內(nèi)進(jìn)行充氮，潤(rùn)滑油充滿了整個(gè)容器，而且最致
命的是運(yùn)行人員在日常點(diǎn)檢中未發(fā)現(xiàn)油壓容器去
設(shè)備本體的閥門居然是關(guān)閉的，使膨脹機(jī)在突然
斷電油泵停止運(yùn)行后，油壓容器內(nèi)的潤(rùn)滑油沒能
及時(shí)補(bǔ)充到軸承中去，造成損壞設(shè)備的事故。由
此可見，運(yùn)行人員在日常點(diǎn)檢過程中要嚴(yán)密注意
油壓容器內(nèi)油位的變化，適時(shí)補(bǔ)充氮?dú)?，達(dá)到操作
規(guī)程的油位標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要對(duì)油壓容器去設(shè)備本體
閥門進(jìn)行開關(guān)確認(rèn)，以保證在設(shè)備運(yùn)行過程中遭
遇系統(tǒng)突然停電時(shí)油壓容器的l臨時(shí)供油作用。
4 結(jié)語
兩起事故教訓(xùn)是深刻的。對(duì)這樣復(fù)雜機(jī)組，
檢修時(shí)一定要做好充分準(zhǔn)備，搞好各工種的銜接
和運(yùn)檢銜接；運(yùn)行時(shí)巡檢一定要到位、達(dá)標(biāo)，只有
這樣才能避免上述事故的發(fā)生。
(2014—02—25收稿)

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