某油田壓縮機(jī)事故案例

1、某油田壓縮機(jī)事故案例一、事故經(jīng)過：2005年1月18日9:05,某油田某輸氣作業(yè)區(qū)增壓站的Z265-4#壓縮機(jī)組的壓縮I缸靠曲軸端進(jìn)氣閥在生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)生異響。該站站長經(jīng)請(qǐng)示作業(yè)區(qū)調(diào)度室同意后，安排當(dāng)班員工進(jìn)行停機(jī)檢修作業(yè)。10:30左右完成檢修，經(jīng)置換空氣、驗(yàn)漏后，在進(jìn)行空載啟機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該閥閥蓋處有少許泄漏，隨即停機(jī)并再次維修；10:40左右，完成檢修，經(jīng)置換空氣、驗(yàn)漏后，再次進(jìn)行空載啟機(jī)。在機(jī)組空載運(yùn)行過程中，發(fā)生超速飛車現(xiàn)象，操作員工采取了操作規(guī)程要求的全部緊急控制措施，均未能控制住飛車勢態(tài)，直至飛輪破碎解體。據(jù)幸存當(dāng)班員工反應(yīng)，當(dāng)壓縮機(jī)超速后，操作人員立即采取了緊急控制措施，包括啟動(dòng)

2、儀表盤手動(dòng)停車按鈕、手動(dòng)關(guān)閉燃?xì)怆姶徘袛嚅y，直至關(guān)閉燃料氣進(jìn)氣球閥等均不能人為控制壓縮機(jī)組停機(jī)，本班的其他兩名員工聞?dòng)嵹s到現(xiàn)場后，經(jīng)過兩次重復(fù)以上操作仍不能制止飛車狀況。員工被迫逃生時(shí)，飛輪解體碎塊飛出，碎塊擊中其中一名員工，導(dǎo)致其當(dāng)場死亡，并損壞部分設(shè)備設(shè)施，釀成事故。二、事故現(xiàn)場勘察情況（一）、事故機(jī)組勘察情況1、壓縮機(jī)飛輪1）根據(jù)設(shè)計(jì)，飛輪自重1.1T,直徑1.423m。2）經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，4#壓縮機(jī)飛輪碎塊共12塊（其中一塊編號(hào)45#遺失），除編號(hào)為23#的碎塊以外，余下11塊碎塊的落點(diǎn)都分別處于飛輪徑向水平方向，距離飛輪軸線約150m的不等距離范圍內(nèi)。飛輪護(hù)罩被飛輪碎塊撞擊損壞，飛離機(jī)體

3、約3米。飛輪斜下端靠近中體的機(jī)組底撬邊緣有金屬切削痕跡。因此，分析編號(hào)23#的飛輪碎塊在沿飛輪切線飛出后撞擊機(jī)組底撬，改變運(yùn)動(dòng)方向，偏離了飛輪徑向水平方向?，F(xiàn)場查驗(yàn)分析，飛輪解體軌跡是飛輪在高速旋轉(zhuǎn)過程中沿飛輪切線方向。3）飛輪碎塊斷面描述現(xiàn)場11塊飛輪碎塊（編號(hào)45#遺失）的斷面查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)21#碎塊邊緣有直徑6-11mm深5mm的渣孔一處，22#碎塊和27#碎塊有靠近軸孔邊緣30mm處有芯部疏松各一處，43#碎塊輪輻邊緣有直徑5-20mm的渣孔兩個(gè)。以上11塊飛輪碎塊的斷面查驗(yàn)，未見陳舊裂紋和其它致命缺陷。經(jīng)與皮帶輪斷面晶粒比較，該飛輪碎塊斷面晶粒較粗大。4）飛輪碎塊復(fù)原情況現(xiàn)場飛輪碎塊組合

4、復(fù)原分析，飛輪6根輪輻均從薄弱截面處斷裂，飛輪輪轂從飛輪鍵梢兩銳角處斷裂。2、曲軸飛輪軸頸經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，曲軸飛輪軸頸在鍵梢附近有燒傷痕跡，在鍵梢邊緣過燒發(fā)蘭，并有新鮮氧化層；其鍵梢有塑形變形且略呈傾斜喇叭口狀；說明軸頸與輪轂有相對(duì)位移，鍵梢部位承受過巨大應(yīng)力作用。3、皮帶輪1）經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，皮帶輪碎塊都散落于曲軸皮帶輪徑下端，碎塊共6塊。風(fēng)扇皮帶共2根斷1根，水泵皮帶1根未斷。皮帶輪護(hù)罩有撞擊痕跡，并變形，落于曲軸皮帶輪軸徑下端。2）通過對(duì)6塊皮帶輪碎塊的斷面查驗(yàn)，未見渣孔、疏松部位、陳舊裂紋和致命缺陷。經(jīng)與飛輪碎塊斷面晶粒比較，該皮帶輪碎塊斷面晶粒較細(xì)。3）通過對(duì)現(xiàn)場皮帶輪碎塊組合復(fù)原分析，皮帶

5、輪6根輪輻有3根從薄弱截面處斷裂，3根未斷裂；皮帶輪輪轂共斷裂兩處，一處從飛輪鍵梢兩銳角的一測斷裂（一測未斷裂），一處從鍵梢斜向的兩輪輻間斷裂。由現(xiàn)場查驗(yàn)可以看出：壓縮機(jī)飛輪和皮帶輪均被解體損壞，但皮帶輪碎塊未飛出護(hù)罩。經(jīng)分析認(rèn)為：飛輪的質(zhì)量大且主要分布于輪緣，承受的離心慣量大；飛輪的材料組織晶粒相對(duì)皮帶輪粗大；皮帶輪受皮帶約束；因而出現(xiàn)現(xiàn)場明顯差異。4、調(diào)速器燃?xì)廪D(zhuǎn)閥現(xiàn)場查驗(yàn)，調(diào)速器燃?xì)廪D(zhuǎn)閥的搖臂斷裂。現(xiàn)場拆下調(diào)速器燃?xì)廪D(zhuǎn)閥發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)閥閥芯與閥座轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，有“卡死”跡象；轉(zhuǎn)閥閥芯開啟，開度為80-90%;轉(zhuǎn)閥閥芯外表面有光亮帶；轉(zhuǎn)閥搖臂與轉(zhuǎn)閥閥芯端軸的鎖緊螺釘，以及轉(zhuǎn)閥閥芯端軸定位圓弧梢，有

6、磨損痕跡。5、啟動(dòng)氣進(jìn)氣球閥經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，啟動(dòng)氣進(jìn)氣球閥的手柄指示處于關(guān)閉狀態(tài)；閥芯基本處于關(guān)閉狀態(tài)，手柄軸線與閥芯軸軸線有約2-3°的偏轉(zhuǎn);經(jīng)查驗(yàn)，此球閥關(guān)閉不嚴(yán)，存在內(nèi)漏。6、燃料氣進(jìn)氣球閥現(xiàn)場查驗(yàn)燃料氣進(jìn)氣球閥手柄指示處于關(guān)閉狀態(tài)，現(xiàn)場拆下燃料氣進(jìn)氣球閥發(fā)現(xiàn)閥芯處于關(guān)閉狀態(tài)。7、就地儀表控制柜經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，就地儀表控制柜的手動(dòng)停機(jī)按鈕處于“stop”停止?fàn)顟B(tài)。就地儀表控制柜1只轉(zhuǎn)速表、3只數(shù)字溫度表無顯示，3只電接點(diǎn)壓力表指針均指示“0”狀態(tài),故障報(bào)警器MARK-IV-N無顯示。現(xiàn)場拆下故障報(bào)警器MARK-IV-N的后備電池測試顯示電量低。儀表控制箱外接線路及燃?xì)怆姶徘袛嚅y損壞。（

7、二）人員傷亡及機(jī)組、附近建筑物損壞情況1、機(jī)組零部件及附屬系統(tǒng)損壞情況機(jī)組飛輪解體后的碎塊沿飛輪徑向飛出后，撞擊機(jī)組沿飛輪徑向安裝的超速保護(hù)裝置、調(diào)速器、啟動(dòng)氣分配閥、機(jī)身油位顯示器與曲軸箱的連接管線、底撬、臥軸箱體等零部件，以及啟動(dòng)氣進(jìn)氣管線及閥、燃料氣進(jìn)氣分離器、管線及管配件等機(jī)組附屬系統(tǒng)，造成上述機(jī)組零部件及附屬系統(tǒng)損壞。2、附近建筑物損壞情況解體后的飛輪碎塊沿飛輪徑向飛出后，繼續(xù)撞擊沿飛輪徑向布置的設(shè)備裝置區(qū)廠棚、站場圍墻、油庫房、附近居民房屋等構(gòu)建筑物，造成其損壞。三、事故原因分析（一）、飛輪解體原因分析1、現(xiàn)場查驗(yàn)，4#壓縮機(jī)的儀表無記憶存儲(chǔ)功能，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況無記錄可查證，只

8、能通過對(duì)事故現(xiàn)場飛輪碎塊分布情況的分析。同時(shí)，根據(jù)43#飛輪碎塊落點(diǎn)位置，按拋物線原理理論計(jì)算飛輪的初始速度，在不考慮43#飛輪碎塊突破飛輪護(hù)罩、撞擊廠棚鋼制橫梁、撞擊民房、空氣阻力等影響因素?fù)p失的能量的情況下，理論計(jì)算出飛輪解體的轉(zhuǎn)速約為600r/min，但實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)大大高于本理論轉(zhuǎn)速。因此，此時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)速已大大超過機(jī)組額定轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速400r/min）,處于嚴(yán)重超速狀態(tài)。2、以下因素均可能導(dǎo)致飛輪解體：A飛輪在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的離心力超過了飛輪本身強(qiáng)度，導(dǎo)致飛輪強(qiáng)度較為薄弱的輪輻從危險(xiǎn)截面處斷裂，進(jìn)而解體（注：根據(jù)設(shè)計(jì)，該機(jī)組飛輪解體的最小轉(zhuǎn)速為710r/min）;B飛輪在高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，

9、連結(jié)飛輪與曲軸飛輪軸頸的夾緊螺栓，在離心力作用下，克服其預(yù)緊力，造成螺栓拉伸變形，飛輪與曲軸飛輪軸頸連接松動(dòng)，導(dǎo)致飛輪與曲軸飛輪軸頸發(fā)生滑動(dòng)位移（沿飛輪旋轉(zhuǎn)方向），飛輪輪轂鍵梢承受巨大的應(yīng)力集中，造成強(qiáng)度失效開裂；C飛輪材質(zhì)強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求有待其金相、力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果出來后進(jìn)一步比較分析。從現(xiàn)場損壞件分析認(rèn)為：飛輪解體是典型的強(qiáng)度失效破壞。（二）、飛輪飛車原因分析飛輪解體過程中，機(jī)組燃料氣供氣系統(tǒng)、調(diào)速機(jī)構(gòu)、燃?xì)怆姶徘袛嚅y等被損壞難以復(fù)原，燃?xì)廪D(zhuǎn)閥基本保持完整。根據(jù)現(xiàn)場查驗(yàn)情況分析認(rèn)為：1、根據(jù)設(shè)計(jì)，該機(jī)組在正常負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)閥開度為1/2;現(xiàn)場機(jī)組處于空載運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)閥開度為80-9

10、0%,基本處于最大燃?xì)夤馕恢谩?、轉(zhuǎn)閥閥芯基本被卡死，搬動(dòng)搖臂只能微動(dòng)。轉(zhuǎn)閥搖臂是通過螺釘與轉(zhuǎn)閥閥芯端軸上的圓弧梢定位，可能造成搖臂在閥芯端軸面上轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)現(xiàn)場查驗(yàn)，定位螺釘與圓弧梢有磨損痕跡。因此，機(jī)組調(diào)速器不能很好地控制轉(zhuǎn)閥開啟度大小。綜上分析，當(dāng)4#壓縮機(jī)處于空載運(yùn)行階段，調(diào)速器無法有效控制轉(zhuǎn)閥，造成控制假象。因此，造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升，直至超速飛車的直接原因是燃?xì)廪D(zhuǎn)閥失效。（三）、飛車失控原因分析1、啟動(dòng)工作原理4#機(jī)組的啟動(dòng)方式為天然氣缸頭直接啟動(dòng)，啟動(dòng)壓力在2.0MPa（表壓）左右，啟動(dòng)氣介質(zhì)為凈化天然氣。機(jī)組在正常啟動(dòng)過程中，打開啟動(dòng)氣球閥，啟動(dòng)氣（壓力2.0MPa左右）進(jìn)入動(dòng)

11、力缸內(nèi)，啟動(dòng)氣分配閥為兩只動(dòng)力缸分配進(jìn)缸的順序和氣量，兩缸的分配凸輪定位在臥軸上，由機(jī)組的曲軸齒輪傳動(dòng)，相位差180o在機(jī)組啟動(dòng)過程中，缸頭卸壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，啟動(dòng)氣通過啟動(dòng)球閥一啟動(dòng)分配閥一缸頭單流閥一缸頭啟動(dòng)安全閥進(jìn)入缸內(nèi)推動(dòng)動(dòng)力活塞做功，使機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)到達(dá)一定轉(zhuǎn)速（100r/min左右）。這時(shí)飛輪內(nèi)側(cè)的啟動(dòng)磁極掠過觸發(fā)線圈，產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢打開機(jī)組點(diǎn)火系統(tǒng)的可控硅，使得由磁電機(jī)所產(chǎn)生的并儲(chǔ)存在點(diǎn)火系統(tǒng)的電容中的電能向點(diǎn)火線圈供電，由點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高壓直流電在火花塞的點(diǎn)火間隙間產(chǎn)生高壓電火花，點(diǎn)燃缸內(nèi)燃料與空氣的混合氣。這時(shí)缸內(nèi)的天然氣分壓大于空氣的分壓，燃燒微弱，產(chǎn)生的壓力波動(dòng)

12、不足以推動(dòng)動(dòng)力活塞高速運(yùn)動(dòng)。隨著動(dòng)力活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)朝氣口打開，這部分混合氣就排出動(dòng)力缸外。2、燃燒工作原理4#機(jī)組的燃料氣為凈化天然氣，壓力在0.0340.083MPa（表壓）。在機(jī)組啟動(dòng)后，切斷啟動(dòng)氣源，部分啟動(dòng)氣管道內(nèi)的余氣進(jìn)入缸內(nèi)，使得缸內(nèi)天然氣分壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的分壓（接近空燃比范圍），由啟動(dòng)磁極產(chǎn)生的點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)點(diǎn)燃缸內(nèi)混合氣，燃燒加?。ìF(xiàn)場人員可以清晰聽出缸內(nèi)點(diǎn)火的聲音），轉(zhuǎn)速升高。此時(shí)，開啟燃?xì)馇蜷y向動(dòng)力缸注入燃料氣，缸內(nèi)的點(diǎn)火就由運(yùn)轉(zhuǎn)磁極觸發(fā)產(chǎn)生的點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)控制（啟動(dòng)磁極產(chǎn)生的信號(hào)因電容中的電能已經(jīng)釋放而不再控制點(diǎn)火），缸內(nèi)燃料混合氣劇烈、穩(wěn)定燃燒（達(dá)到空燃比范圍），

13、壓縮機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)組轉(zhuǎn)速的高低由進(jìn)入動(dòng)力缸的燃料氣的氣量決定，氣量大則燃燒產(chǎn)生的壓力、溫度就越高，推動(dòng)動(dòng)力活塞的作用力就大，壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速就高；反之，氣量少則機(jī)組轉(zhuǎn)速就低。3、燃燒時(shí)缸內(nèi)爆發(fā)壓力在啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，壓力在0.0340.083MPa（表壓）燃料氣在動(dòng)力活塞上止點(diǎn)前193開始注入缸內(nèi)，在上止點(diǎn)前2720停止注氣在動(dòng)力活塞上止點(diǎn)前9被點(diǎn)燃此燃燒在燃料混合氣（空氣與燃料天燃?xì)猓毴迹┲醒杆倨椒€(wěn)地傳播，形成穩(wěn)定燃燒，燃燒產(chǎn)生高溫高壓從而推動(dòng)動(dòng)力活塞做功。動(dòng)力缸內(nèi)的壓力在動(dòng)力活塞上止點(diǎn)后2-3左右達(dá)到最高：在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力為3.5MPa,在空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)條件下缸內(nèi)平均有效爆發(fā)壓

14、力在0.4-0.5MPa之間。燃料轉(zhuǎn)閥正常開度范圍為3350%,進(jìn)氣量為11.5Nm3/min;在80%90%開度情況下的進(jìn)氣量為2.42.7Nm3/min。4、內(nèi)漏的啟動(dòng)氣進(jìn)入缸內(nèi)的時(shí)機(jī)：在動(dòng)力活塞做功、排氣、掃氣沖程中，啟動(dòng)氣進(jìn)氣球閥泄漏的天然氣在啟動(dòng)氣管道內(nèi)開始積聚。積聚的壓力達(dá)到能夠推動(dòng)啟動(dòng)安全閥開啟時(shí)，在動(dòng)力活塞掃氣沖程末到吸氣沖程開始階段，啟動(dòng)氣就進(jìn)入缸內(nèi)，成為額外的燃燒氣源，與自動(dòng)吸入缸內(nèi)的空氣一起參與壓縮，并由火花塞點(diǎn)火燃燒（點(diǎn)火電源未切斷）；在燃燒達(dá)到缸內(nèi)最大峰值壓力前后至排氣開始階段，缸內(nèi)壓力較大，啟動(dòng)氣進(jìn)缸內(nèi)的可能性較小。ZTY265壓縮機(jī)組的動(dòng)力部分為二沖程貧然式發(fā)動(dòng)機(jī)

15、，空燃比在1:181:16之間。從啟動(dòng)氣管道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的天然氣形成額外的燃料氣，雖然不能完全達(dá)到機(jī)組正常燃燒的空燃比比，但能夠參與燃燒，推動(dòng)動(dòng)力活塞做功。在機(jī)組超速未能自動(dòng)保護(hù)停機(jī)的不足2分鐘內(nèi)，現(xiàn)場先后3名員工分別按照操作規(guī)程對(duì)燃料氣進(jìn)氣球閥、燃?xì)怆姶徘袛嚅y、啟動(dòng)氣進(jìn)氣球閥、手動(dòng)緊急停機(jī)按紐實(shí)施關(guān)閉及狀態(tài)檢查無誤后，即切斷燃料氣系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)力缸的天然氣。啟動(dòng)氣管道內(nèi)的天然氣向缸內(nèi)供氣,并由運(yùn)轉(zhuǎn)磁極給出的點(diǎn)火定時(shí)信號(hào)，點(diǎn)燃從啟動(dòng)氣管道進(jìn)入缸內(nèi)的的天然氣，所以壓縮機(jī)組繼續(xù)維持高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，未能夠?qū)崿F(xiàn)人為緊急停機(jī)，導(dǎo)致壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)組飛車失控。4）、壓縮機(jī)飛輪質(zhì)量為1.1T,且

16、大部分質(zhì)量分布在1423的輪弧邊緣，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量十分巨大，當(dāng)達(dá)到飛車狀態(tài)后，無法進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，即使全部切斷外來動(dòng)力源，飛輪也將維持一段時(shí)間的飛車狀態(tài)，以至造成設(shè)備的損壞。5、飛輪飛車原因由上分析，在燃料氣壓力一定的條件下，當(dāng)調(diào)速燃?xì)廪D(zhuǎn)閥開度越大，則機(jī)組轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)上升越快；在轉(zhuǎn)閥開度達(dá)到8090%的情況下，機(jī)組能夠在很短的時(shí)間內(nèi)（現(xiàn)場CED-430雙波紋流量計(jì)記錄卡片顯示數(shù)據(jù)分析不足1分鐘）飛速提高達(dá)到或超過機(jī)組額定轉(zhuǎn)速（4#機(jī)組額定轉(zhuǎn)速400r/min,停機(jī)保護(hù)轉(zhuǎn)速410r/min）,導(dǎo)致飛輪飛車。因此，壓縮機(jī)組超速后，現(xiàn)場操作人員多次按操作規(guī)程要求采取的緊急停機(jī)措施無效的直接原因是：啟動(dòng)氣

17、球閥內(nèi)漏，導(dǎo)致天然氣泄漏進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，成為繼續(xù)燃燒的意外氣源，支撐飛車的惡性發(fā)展。三、對(duì)事故性質(zhì)的認(rèn)識(shí)1、釀成事故的4#壓縮機(jī)組的飛輪的解體是飛車造成的強(qiáng)度失效破壞。2、燃料氣轉(zhuǎn)閥異常卡死和啟動(dòng)氣進(jìn)氣球閥內(nèi)漏致使啟動(dòng)天然氣進(jìn)入氣缸等情況都被表面現(xiàn)象掩蓋，操作人員難以識(shí)別和及時(shí)排除。2、在儀表控制系統(tǒng)、天然氣燃?xì)庀到y(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)環(huán)節(jié)和零部件同時(shí)發(fā)生故障的綜合作用下，導(dǎo)致壓縮機(jī)超速自動(dòng)保護(hù)控制及手動(dòng)控制均失效。因此，Z265-4#壓縮機(jī)的飛輪解體致使員工死亡是一次機(jī)械事故。四、建議1、機(jī)械事故的設(shè)備制造單位及使用單位應(yīng)認(rèn)真總結(jié)事故教訓(xùn)，及時(shí)開展自查自檢工作，認(rèn)真查找設(shè)備設(shè)計(jì)制造及使用中是否存在“1類似的問題，并及時(shí)予以整改。2、完善壓縮機(jī)操作說明書、操作維護(hù)規(guī)程，強(qiáng)化對(duì)發(fā)生機(jī)械事故所涉及的機(jī)組關(guān)鍵零部件以及與之關(guān)聯(lián)的其他零部件的檢查、校驗(yàn)周期和校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的制定及執(zhí)行，確保設(shè)備的安全狀態(tài)。3、對(duì)類似壓縮