讲稿

氧透高压回流阀操作不当造成氧透停车故障的分析

侯志勇

安钢制氧厂2^#14000制氧机配套的3TYS89+2TYS60型氧透是杭氧生产的双缸、10级压缩、水平剖分式氧气透平压缩机，进口管DN500，出口管DN200，设计流量16000Nm³/h，设计进气压力是10Kpa(G)，排气压力是2.94Mpa(G)，转速是2985/11660/14316RPM，配用电机功率是3400KW。

2003年1月12日因操作氧透高压回流阀V3303失误，造成了一次氧透停车事故，我们对此进行了分析。

1   氧气透平压缩机的轴封情况

1.1轴封装置用来防止氧气外漏以及空气和润滑油通过间隙漏入机壳内。

1.2本机采用不接触型迷宫密封，避免密封与转子接触，引起着火和燃烧。

1.3如果只采用简单的迷宫密封，少量的氧气外漏会增加机器周围的氧气浓度。安全仍然没有保证，所以本套氧透采取充入氮气与氧气之间具有差压控制的迷宫密封。

1.3.1氧气轴封：经过平衡盘迷宫密封漏出的氧气进入机壳排气端的平衡腔内。(此处说明轴封氧气主要来源)

⑴一部分漏出的氧气流回压缩机进口管。这部分回流氧气的量，由平衡腔与进口管的差压来控制。平衡腔的压力略高于进口管压力。

⑵另一部分氧气进入密封的氧气腔，该处的压力略高于混合气腔的压力。

⑶轴封氧气流动方向不同：正常情况下，低压缸高压侧和高压缸高、低压侧迷宫密封处氧气由压缩机侧流向轴封氧气腔侧，低压缸低压侧是迷宫密封处氧气由轴封氧气腔侧流向压缩机侧。

⑷低压缸低压侧迷宫密封处氧气由轴封氧气腔侧流向压缩机侧，可以防止氮气进入压缩机进口管。

1.3.2氮气轴封：用户提供的压力密封氮气进入密封的氮气腔，该处压力略高于混合气体腔的压力。

1.3.3混合气：漏出的氧气和氮气一起进入混合气体腔，氧气的浓度因与氮气的混合而降低。混合的气体在安全的地方排入大气。

2氧气透平压缩机的轴封差压联锁及控制

氧透有3个轴封差压控制，2个停车联锁，分别是：

2.1压差PDIC3302指示混合气与进口氧气差压

⑴正常值是2.5 Kpa。

⑵PDIC3302控制混合气体压力控制阀V3309的动作。

⑶在差压大的情况下，开大V3309阀，通过增加混合气排放量降低混合气压力来保证PDIC3302的实际指示在设定值。

⑷正常情况下，混合气压力要高于进口氧气管道的压力。

2.2压差PDICAS3303指示轴封处氧气与混合气差压

⑴正常值是4.0 Kpa，报警值是≤1.0 Kpa，联锁停车值是≤0.5 Kpa。

⑵PDICAS3303控制氧气与混合气差压控制阀V3308的动作。

⑶在差压大的情况下，开大V3308阀，通过增加氧气腔中氧气流向进口管的流量，降低氧气腔中的压力，来达到保证PDICAS3303差压在设定值的目的。

⑷正常情况下，氧气腔的氧气压力要高于混合气管道的混合气压力，以保证氧气腔的氧气流向混合气腔。

2.3 PDICAS3304轴封氮气与混合气差压

⑴正常值是4.0 Kpa，报警值是≤1.0 Kpa，联锁停车值是≤0.5 Kpa。

⑵PDICAS3304控制轴封氮气压力控制阀V3312的动作。

⑶在差压大的情况下，通过减少V3312的开度，减少氮气充入量来保证PDICAS3304差压实际值在设定值。

⑷正常情况下，轴封氮气的压力要高于混合气压力，以保证轴封氮气流向混合气管道。

2.4 PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304调节方式比较

⑴PDIC3302、PDICAS3303、PDICAS3304三个轴封差压的自动调整都是直接或间接以氧气进口管道压力作为调整基准。这说明进口氧气压力发生变化，相关差压都要发生相应变化。

⑵PDIC3302 、PDICAS3303和 PDICAS3304分别调节压差双方压力较高的混合气、轴封处氧气和轴封处氮气的压力，以保证压差稳定在设定值。

⑶混合气腔和轴封处氧气是通过改变混合气和氧气的排放量来达到调整压力的目的，而轴封氮气是通过改变氮气的充入量来改变轴封氮气的压力，所以相对而言，PDICAS3303比PDICAS3304更容易向压差减少的方向波动。原因在于，PDICAS3303可以通过减少正压，而PDICAS3304只能通过不增加或减少增加正压来减少压差，所以调整幅度和速度是不一样的。

2.5PICAS3316轴承箱密封氮气压力

正常值是1.5 Kpa，报警值是≤1.0 Kpa，联锁停车值是≤0.5 Kpa。这部分氮气一部分通过迷宫密封进入大气，一部分通过迷宫密封进入油箱。主要作用是防止润滑油沿轴向漏出来。

2.6轴封氧气平衡腔、轴封氮气平衡腔、混合气腔和进口氧气管道压力的对应关系

正常情况下，轴封氧气平衡腔、混合气腔和进口氧气管道的压力关系是依次递减。氧气平衡腔的氧气压力、氮气平衡腔的氮气压力、混合气腔的混合气压力没有指示，在氧透运行的一般平衡状态，根据PICA3302、PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304的对应关系可知，

⑴混合气压力=氧透进口压力+PDIC3302(设定值是2.5 Kpa)

⑵氧气平衡腔压力=混合气压力+ PDICAS3303 (设定值是4.0 Kpa)，也即平衡状态下，氧气平衡腔的压力高于氧透进口压力6.5 Kpa。

⑶氮气平衡腔压力=混合气压力+ PDICAS3304 (设定值是4.0 Kpa)，也即平衡状态下，氮气平衡腔的压力高于氧透进口压力6.5 Kpa。

3   相关阀门的控制

3.1 相关阀门及控制：

V3303阀，高压压缩机出口回流进口阀，由PICA3303和PIC3309共同控制。

V3308阀，氧气与混合气压差控制阀，由PDICAS3303控制。

V3309阀，混合气体压力控制放空阀，由PDIC3302控制。

V3312阀，轴封氮气压力控制阀，由PDICAS3304控制。

3.2 氧透进口氧气压力的控制

PIS3301、PICA3302、PICA3303都是测量氧透的进气压力，正常值是8.5 Kpa，报警值是≥27 Kpa，停车值是≤0 Kpa。

正常情况下，控制氧透进口压力有两种可以同时作用的调节方式，

⑴通过PICA3302的设定值控制进口导叶GV3301的开度，当PICA3302压力低于设定值，通过输出信号自动控制导叶关小。

⑵通过PICA3303的设定值，并通过选择控制PY3304来比较PIC3309的输出信号，从而来控制V3303阀的开度。

⑶导叶开度与氧透进口压力的对应关系：开导叶，氧透进气量增加，氧透进口压力PICA3302下降，在空分送氧阀门开度不变的情况下，空分氧产量增加。

⑷氧透进口压力有一个相关联锁，在PIS3301≤0Kpa时，氧透联锁停车。

3.3 氧透高压回流阀V3303的控制状态

3.3.1V3303阀门的作用：

    ⑴开车阶段，在放空阀关闭的情况下，通过V3303阀形成高压出口和低压进口的回路，降低启动负荷，减少氮气消耗量。氧透比空透多回流阀是因为氧气和氮气轻易放空，比较浪费，尤其是在氧透试车阶段和启动阶段，如果没有回流阀，氮气消耗量就会比较大。

    ⑵运行过程中具有防喘振功能。在出口压力高过PIC3309设定值的情况下，可以通过控制V3303阀打开来增加进氧透的气量。一般设计原则是先回流后放空。

    ⑶调整氧透氧负荷。在空分氧产量低于氧透设计流量的情况下，可以通过V3303阀门的回流，将较少的氧气压出。这种运行方式功耗相应增大，在空分工况波动和空分启动初期使用较多。

3.3.2PICA3303和PIC3309共同控制V3303阀。

⑴PICA3303和PIC3309在各自设定值作用下输出信号，经过PY3304的选择比较，作用后使V3303开度大的信号优先作用在V3303阀上。

⑵当PICA3303低于设定值时，输出信号控制V3303适当开大，提高氧透进口氧气压力。

⑶当PIC3309高于设定值时，输出信号控制V3303开大，以降低出口压力，提高进口压力，增加氧透流量。

⑷根据氧透运行的实际需要，我们是将PICA3303设定在自调状态，通过V3303的开度变化来保证氧透进口压力保持或接近设定值。

⑸目前，我们将PIC3309在计算机上置于手动状态，当氧透出口压力PIC3309高于设定值时，通过氧透出口压力的另外一个控制点PICAS3310控制V3304阀将高压氧放空，以优先保证空分氧产量稳定，保证空分工况稳定。

⑹运行过程中，我们经常通过给定PIC3309的阀门开度，手动开大或关小V3303，提高或减少进口氧气管道压力，以降低或提高空分氧气产量，从而达到调整空分工况的目的。因此计算机上开关V3303阀门的操作是一个比较经常的操作。有时每个班要调几十次，如果工况不稳，或者是液体工况氮气压力波动幅度大，可能还要多。

4 计算机上手动关V3303阀，输入开度值失误，造成差压联锁动作，导致停车

2003年1月12日13:01:33，在通过PIC3309计算机手动调整空分氧气产量时，操作人员准备将V3303阀门由5%开度开到4.5%开度，但实际操作却是开到45%开度，操作人员很快意识到操作失误，并很快按照自己的理解进行了相应操作，迅速在13:01:38将V3303又重新由45%关至4.5%开度。即使如此，仍然造成氧透在13:02:16因轴封处氧气与混合气压差PDICAS3303达到联锁停车值而启动联锁停车程序。

5  导致氧透停车的氧气与混合气压差PDICAS3303波动分析

⑴V3303阀由5%开度开到45%开度，又由45%开度开到4.5%开度造成氧透进口压力和轴封差压大幅度波动。

⑵13: 01:33之前氧透进口压力PICA3303是12.6Kpa，由报警参数值可以看到，从13: 01:37至13:02 :12的35秒时间里，PICA3303有4次超过和恢复27 Kpa的进口压力高报警值，报警清单中最高报警值29.489 Kpa，最低恢复值是24.251Kpa，在27 Kpa附近波动的幅度分别是3.518 Kpa、3.875 Kpa、4.219 Kpa、3.757 Kpa，所用时间分别是7秒、6秒、6秒和5秒。

本波动幅度取值来自报警的瞬时值，并不一定是极值，因此，进口压力PICA3303的实际最大波动幅度有可能超过上述的波动幅度。

⑶氧透进口压力高会造成PDIC3302低，会产生促使混合气压力升高的输出信号，输出信号要产生使混合气压力升高的结果，需要一个时间过程。相对而言，氧透进口压力高对氧透平衡腔压力的影响却是直接的，进口压力高后，首先会使氧气平衡腔氧气输出的背压升高，直接使平衡腔内氧气输出量减少而升高平衡腔内氧气压力，如果进口压力高于平衡腔内氧气压力，则氧气倒流入氧气平衡腔对升高氧气平衡腔内的压力更直接，速度更快。

⑷PDIC3302和PDICAS3303的自调功能在一直不断的起作用，并且调整后的PDICAS3303的值随氧气平衡腔和混合气压力的变化而变化，受氧透进口压力的变化影响很大。

⑸当氧透进口压力PICA3303升高时，氧气平衡腔压力迅速升高，在PDIC3302的作用下，混合气压力也升高。

⑹而当信号充分作用使混合气压力充分升高，氧透进口压力又开始迅速降低时，直接作用使氧气平衡腔的压力也随之迅速下降，而此时混合气压力在刚才氧透进口压力高的影响下，可能还处在一个比较高的位置。这样作为负管的混合气侧压力上升，而作为正管的氧气平衡腔侧压力下降，就有可能造成PDICAS3303压差低。

⑻氧透进口压力波动越大，PDICAS3303值就可能越低，最终导致PDICAS3303低于停车联锁值而低低联锁停车。

⑼造成进口压力波动的主要原因：可能是因为氧透急剧回流，空分氧气放空阀也快速打开，由于刚开始调，还没有稳定在相对平衡的开度，流量波动大，造成氧透进口压力也跟着相应波动。正常情况，氧透放空阀调整氧产量时，氧产量指示波动也比较大，有300Nm³/h左右的波动量。

6对本次故障停车的操作分析

6.1  对V3303阀门操作不当，导致轴封差压PDICAS3303大幅度波动，是造成本次停车的直接原因。

6.2  氧透在启动过程压氧初期，由于轴封差压波动很大，轴封差压联锁并不是马上投上，而是在轴封差压自动调整稳定后，才投上联锁，以防止不必要的停车。这是我们下面推荐合理操作的理论依据。

    我们经过分析认为，在误操作V3303至45%之后，比较合理的操作应该是：

⑴首先应该在计算机“氧压机事故停车逻辑”画面，通过“密封差压联锁解除按钮”解除氧透轴封差压联锁PDICAS3303和PDICAS3304，通过“入口压力联锁解除按钮”解除进口压力联锁PIS3301。

⑵根据氧透在正常开车启动过程中的要求，将PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304置于手动位置，并分别将V3309、V3308和V3312阀门开度置于全开、50%和50%的开度。

⑶在充分保证进口压力变化平缓、充分保证氧透流量稳定前提下，手动缓慢将V3303阀从45%开度关至4.5%开度，或者是根据当时氧透运行情况关至相应开度。同时要充分注意出口压力PIC3309和管网压力的压差变化。主要是看当时氧透出口压力是否比管网压力低，另外，关V3303时，不要太快，避免氧透出口压力升高太快。

⑷在V3303关至4.5%或相应开度，进口压力PICA3303稳定后，将PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304控制的V3309、V3308和V3312的开度分别置于氧透正常工作状态时的阀门开度，分别是26%、16%和46%，这样有利于差压尽快达到稳定状态。

⑸在PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304指示比较稳定并接近正常值时，将轴封差压PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304投入自动调节。

⑹在PDIC3302、PDICAS3303和PDICAS3304在自调情况下，比较稳定并接近设定值时，将轴封差压联锁和氧透入口压力联锁投入。

通过上述操作，我们认为在当时情况下，可以避免氧透因V3303阀操作不当而停车。

6.3但特别要强调的是进行上述操作的前提是必须确保操作100%的正确，否则，不推荐进行上述操作。

7杭氧专家的意见

7.1氧压机的核心问题是安全运行问题。氧压机控制系统的设置和对氧压机的任何操作，其前提是保障设备和人员的安全。

7.2对空分设备氧产量的控制，应该通过控制原料空气的流量或出塔氧气放空等空分自身的控制手段来实现，而不应该首先去改变氧压机的运行条件。这是因为：前者节能，与空分工况调节相比较，氧压机的安全问题更重要。

7.3氧压机的自动控制回路，包括PIC3309，在氧压机正常运行时都应该投入自动控制，这不仅是因为氧压机可以在设定的工况范围内可靠工作，更重要的是在紧急的情况下可能避免人的误操作而实现自动保护。

7.4在已经发生了手动误操作的情况下，控制系统因联锁功能而紧急停车，是最正确的选择。防止发生更为严重的设备事故。

7.5我们非常尊重和同意杭氧专家的意见，并将继续讨论上述意见。

8针对操作失误的思考

⑴本次停车是由于操作失误造成的。长期实践证明，用送氧阀FV102A或导叶或回流阀V3303手动调整空分氧产量的方法是可行的，可以比较好地兼顾空分工况稳定和氧透安全运行。

⑵运行人员对于氧透的仪表控制系统的控制原理和控制目的应该充分了解，这样就可以在氧透操作过程中增加操作的目的性和主动性，避免盲目性，增加处理突发问题或者是突发事故的准确性。

⑶运行操作人员在微机操作时，一定要高度负责，要确保准确性，要严重认真，要集中精力，要慎之又慎，坚决避免不必要的失误。

⑷要充分认识手动就地操作和微机远程遥控操作的区别，操作观念上要有一些改变。充分认识到微机操作中数字输入性失误、命令输入性失误等动作性失误可能会造成非常严重的后果。

⑸出现操作失误以后，要实事求是反映问题，减少分析问题的时间，减少恢复正常运行的时间。

⑹针对操作失误，我们车间也采取了一些相应措施：

①将问题出现的原因和如何正确处理及时向大家通报，组织大家进行学习和讨论。

②大力提倡使用操作台触摸屏0.1%和5%按键进行操作，比如FV102A送氧阀、氧透导叶、氧透高压回流阀V3303等重要操作，避免数字输入性错误。

③要求操作人员在工作和操作时，一定要加强责任心，一定要集中精力，一定要严肃认真，坚决禁止在操作时漫不经心。

④要求大家继续大力开展技术学习，不断强调操作技术水平在操作中的重要性。

⑤充分肯定大家的工作成绩，要求大家不要有思想包袱，在准确的基础上，合理操作，大胆操作。

                                    2003年5月16日