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增壓透平膨脹機事故分析

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		點擊數(shù)：	更新時間： 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
增壓透平膨脹機是制氧行業(yè)空分設(shè)備的關(guān)鍵
機組之一，因為在啟動制氧時需要膨脹機提供大量
的冷量使空氣液化，而正常運行時也要依靠膨脹
機制冷以補償冷損失。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TPZ24型透平膨脹機，額定轉(zhuǎn)速20 300r／min，
供油壓力0．25～0．3MPa，每臺膨脹機都采用獨立的
油站供油
2 機組結(jié)構(gòu)及工作流程
機組由帶底座的透平膨脹機、增壓機、供油系
統(tǒng)、儀表柜、小冷箱、增壓機后冷卻器組成，用底腳
螺釘將各部固定于混凝土基礎(chǔ)上，防止周圍的振
動和沖擊傳給本機組。工作流程如圖1所示。
圖1 膨脹機流程
(1)主機結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子兩端分別裝有膨脹機葉
輪和增壓機葉輪，是一剛性轉(zhuǎn)子，套裝在機身軸承
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滑油，使轉(zhuǎn)子能長期
穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。采用鉑電阻溫度計測量軸承溫度。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)除啟動時須充入0．15MPa壓力
的密封氣外，正常運轉(zhuǎn)時可不供密封氣。增壓機
葉輪與膨脹機葉輪置于同一軸上，二者轉(zhuǎn)速相同，
由膨脹機葉輪發(fā)出的機械功驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)。工質(zhì)氣
體吸人增壓機葉輪后被加速、增壓進(jìn)入無葉擴壓
器后又進(jìn)一步減速增壓，隨后被匯集入增壓機蝸
殼排出機外，再經(jīng)增壓機后冷卻器降溫后進(jìn)人膨
脹機蝸殼內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)動噴嘴再進(jìn)入工作輪作功，然后
經(jīng)擴壓室排氣管排出。膨脹氣量調(diào)節(jié)是依靠安裝
在冷箱上的氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)V406A帶動噴嘴葉
片轉(zhuǎn)動，從而改變其通道面積來實現(xiàn)。在膨脹機
的進(jìn)口處設(shè)置一個緊急切斷閥V405A，當(dāng)機組處
于危險狀態(tài)時，根據(jù)各危險點發(fā)出的連鎖信號，此
閥能在很短時間(3s)內(nèi)關(guān)閉，從而切斷進(jìn)入膨脹機
的氣源，使其快速停車，起到安全保護(hù)作用。此閥
工作時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，增壓機
回流閥V404A自動全開。增壓機回流閥的開大或
關(guān)小可使壓力降低或升高，該閥在儀控系統(tǒng)自動
控制下可達(dá)到壓力恒定的目的。當(dāng)增壓機進(jìn)口流
量小到一定數(shù)值時，機器會出現(xiàn)喘振，此時壓力會
大幅波動，并發(fā)出強烈的“喘氣”聲響和振動，將造
成機器損壞，為防止這種情況出現(xiàn)，該閥會在進(jìn)口
流量小到一定數(shù)時自動打開。正常運行時，開大
回流閥，可增加增壓機負(fù)荷，使膨脹機減速。
(2)供油系統(tǒng)為潤滑油從油箱進(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時自
行充油，用以保證油壓降低或油泵停轉(zhuǎn)、機組聯(lián)鎖
停車時能繼續(xù)供油一段時間(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)兩起增壓膨脹機燒毀事故，
比較有典型性，現(xiàn)對事故做一總結(jié)分析。
3．1 維護(hù)不當(dāng)造成膨脹機燒損
(1)2010年1O月l1日，兩萬生產(chǎn)線全面停機
(空分未排液)計劃檢修，檢修計劃要求電氣人員
對1號膨脹機油泵電動機進(jìn)行檢查，對其軸承進(jìn)行
清洗并加注新潤滑脂。儀表人員對其所屬氣動閥
門進(jìn)行限位調(diào)試。儀表人員在對V405A緊急切斷
閥閥進(jìn)行“開”限位調(diào)試時聽到膨脹機有轉(zhuǎn)動聲
音，迅速跑到樓上主控室查看1號膨脹機軸承趨
勢，趨勢顯示增壓側(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1號膨脹機進(jìn)行解體檢修。l0月12
日檢修人員對1號膨脹機解體發(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
油泵電機時未與運行人員協(xié)調(diào)溝通，儀表人員對閥
門進(jìn)行調(diào)校作業(yè)時也未與運行人員溝通、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
膨脹機進(jìn)出口閥未關(guān)，停車時運行人員只關(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
的同時又調(diào)試噴嘴開度時，致使管道內(nèi)殘余氣流進(jìn)
入膨脹側(cè)葉輪導(dǎo)致飛車，而此時又恰巧電氣人員檢
修油泵電動機，使軸承無潤滑液，而造成膨脹機膨
脹側(cè)及增壓側(cè)軸承損壞?？梢姠龠M(jìn)行檢修作業(yè)時
各工種間一定要協(xié)調(diào)并告知運行人員進(jìn)行工藝條
件確認(rèn)，此次事故如先告知運行人員對照工藝圖紙
將膨脹側(cè)排放閥打開，就會使殘余氣體排放掉，在
調(diào)試閥門時不會造成燒瓦事故的發(fā)生。②儀表人
員在日后調(diào)試緊急切斷閥時，不能同時調(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
切斷閥時一定要啟動油泵，避免轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時軸承無
法潤滑，使閥門調(diào)試過程更為穩(wěn)妥。
3．2 操作不當(dāng)造成膨脹機燒損
(1)2011年7月24日，通鋼新工程施工時引起
電纜放炮，致使兩萬機組高壓電突然消失，當(dāng)時運
行的2號膨脹機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)時刻啟動聯(lián)鎖，很顯然在斷電油泵停止運行
后油壓容器沒能起到提供潤滑油的作用。第二
天，檢修人員對2號膨脹機拆檢時發(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，葉輪與擴壓器粘接。由于轉(zhuǎn)子
需作動平衡、庫存?zhèn)浼蛔愕纫蛩赜绊懺撆_膨脹
機歷時近兩個月才恢復(fù)運行，給生產(chǎn)帶來了被動
局面。
(2)事故啟示：設(shè)備事故分析中發(fā)現(xiàn)：在倒換
設(shè)備啟動該臺膨脹機時，運行人員沒有對油壓容
器內(nèi)進(jìn)行充氮，潤滑油充滿了整個容器，而且最致
命的是運行人員在日常點檢中未發(fā)現(xiàn)油壓容器去
設(shè)備本體的閥門居然是關(guān)閉的，使膨脹機在突然
斷電油泵停止運行后，油壓容器內(nèi)的潤滑油沒能
及時補充到軸承中去，造成損壞設(shè)備的事故。由
此可見，運行人員在日常點檢過程中要嚴(yán)密注意
油壓容器內(nèi)油位的變化，適時補充氮氣，達(dá)到操作
規(guī)程的油位標(biāo)準(zhǔn)，同時要對油壓容器去設(shè)備本體
閥門進(jìn)行開關(guān)確認(rèn)，以保證在設(shè)備運行過程中遭
遇系統(tǒng)突然停電時油壓容器的l臨時供油作用。
4 結(jié)語
兩起事故教訓(xùn)是深刻的。對這樣復(fù)雜機組，
檢修時一定要做好充分準(zhǔn)備，搞好各工種的銜接
和運檢銜接；運行時巡檢一定要到位、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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