某油田压缩机事故案例

1、某油田压缩机事故案例一、事故经过：2005 年 1 月 18 日 9:05 ，某 油 田某 输 气 作业 区 增压站 的 Z265-4#压缩机组的压缩I缸靠曲轴端进气阀在生产运行过程 中发生异响。该 站站长经请示作业区调度 室同意后，安 排 当班 员工进 行 停机 检修作业。10：30 左右完成检修，经置换空气 、 验漏后 ，在 进行 空载启 机 时，发现该阀 阀 盖处有少许 泄漏，随 即停机 并再次维修； 10：40 左 右，完成检修， 经置换空气 、 验漏后， 再次进 行 空载启 机。在 机 组 空载运 行过 程 中 ，发生 超 速飞车现象，操 作员工采取了操作规程 要求的 全部紧急控制措

2、 施， 均未能控制住飞车势态，直至飞轮破碎解体。据幸存当班员工反应，当压缩机超速后，操作人员立即采取了紧急 控制措施，包括启动仪表盘手动停车按钮、手动关闭燃气电磁切断阀， 直至关闭燃料气进气球阀等均不能人为控制压缩机组停机， 本班的其他 两名员工闻讯赶到现场后，经过两次重复以上操作仍不能制止飞车状 况。员工被迫逃生时，飞轮解体碎块飞出，碎块击中其中一名员工，导 致其当场死亡，并损坏部分设备设施，酿成事故。二、事故现场勘察情况（一）、事故机组勘察情况1、压缩机飞轮1 ）根据设计，飞轮自重1仃，直径1.423m。2）经现场查验， 4#压缩机飞轮碎块共 12 块（其中一块编号 45# 遗失），除编号

3、为 23#的碎块以外，余下 11块碎块的落点都分别处于飞 轮径向水平方向， 距离飞轮轴线约 150m 的不等距离范围内。飞轮护罩 被飞轮碎块撞击损坏， 飞离机体约 3 米。飞轮斜下端靠近中体的机组底 撬边缘有金属切削痕迹。 因此，分析编号 23 #的飞轮碎块在沿飞轮切线 飞出后撞击机组底撬，改变运动方向，偏离了飞轮径向水平方向。现场查验分析， 飞轮解体轨迹是飞轮在高速旋转过程中沿飞轮切 线方向。3）飞轮碎块断面描述现场 11 块飞轮碎块（编号 45# 遗失）的断面查验，发现 21# 碎块 边缘有直径 6-11mm 深 5mm 的渣孔一处， 22# 碎块和 27#碎块有靠近 轴孔边缘 30mm

4、处有芯部疏松各一处， 43# 碎块轮辐边缘有直径 5-20mm 的渣孔两个。以上 11 块飞轮碎块的断面查验，未见陈旧裂纹和其它致命缺陷。 经与皮带轮断面晶粒比较，该飞轮碎块断面晶粒较粗大。4）飞轮碎块复原情况现场飞轮碎块组合复原分析，飞轮 6 根轮辐均从薄弱截面处断裂， 飞轮轮毂从飞轮键槽两锐角处断裂。2、曲轴飞轮轴颈经现场查验， 曲轴飞轮轴颈在键槽附近有烧伤痕迹，在键槽边缘过 烧发兰，并有新鲜氧化层；其键槽有塑形变形且略呈倾斜喇叭口状；说 明轴颈与轮毂有相对位移，键槽部位承受过巨大应力作用。3、皮带轮1）经现场查验，皮带轮碎块都散落于曲轴皮带轮径下端，碎块共6 块。风扇皮带共 2 根断 1

5、 根，水泵皮带 1 根未断。皮带轮护罩有撞击 痕迹，并变形，落于曲轴皮带轮轴径下端。2 ）通过对 6 块皮带轮碎块的断面查验，未见渣孔、疏松部位、陈 旧裂纹和致命缺陷。经与飞轮碎块断面晶粒比较， 该皮带轮碎块断面晶 粒较细。3 ）通过对现场皮带轮碎块组合复原分析，皮带轮 6 根轮辐有 3 根 从薄弱截面处断裂， 3 根未断裂；皮带轮轮毂共断裂两处，一处从飞轮 键槽两锐角的一测断裂（一测未断裂） ，一处从键槽斜向的两轮辐间断 裂。由现场查验可以看出：压缩机飞轮和皮带轮均被解体损坏，但皮带 轮碎块未飞出护罩。经分析认为：飞轮的质量大且主要分布于轮缘，承 受的离心惯量大； 飞轮的材料组织晶粒相对皮带

6、轮粗大；皮带轮受皮带 约束；因而出现现场明显差异。4、调速器燃气转阀现场查验， 调速器燃气转阀的摇臂断裂。现场拆下调速器燃气转阀 发现，转阀阀芯与阀座转动不灵活，有“卡死”迹象；转阀阀芯开启，开 度为 80-90% ；转阀阀芯外表面有光亮带；转阀摇臂与转阀阀芯端轴的 锁紧螺钉，以及转阀阀芯端轴定位圆弧槽，有磨损痕迹。5、启动气进气球阀经现场查验， 启动气进气球阀的手柄指示处于关闭状态；阀芯基本处于关闭状态，手柄轴线与阀芯轴轴线有约 2-3 °的偏转；经查验，此球 阀关闭不严，存在内漏。6、燃料气进气球阀现场查验燃料气进气球阀手柄指示处于关闭状态， 现场拆下燃料气 进气球阀发现阀芯处于

7、关闭状态。7、就地仪表控制柜经现场查验， 就地仪表控制柜的手动停机按钮处于“ stop ”停止状态 就地仪表控制柜 1 只转速表、 3 只数字温度表无显示， 3 只电接点压力 表指针均指示“0”状态，故障报警器MARK- IV-N无显示。现场拆下故障 报警器MARK- V-N的后备电池测试显示电量低。仪表控制箱外接线路 及燃气电磁切断阀损坏。（二）人员伤亡及机组、附近建筑物损坏情况1、机组零部件及附属系统损坏情况 机组飞轮解体后的碎块沿飞轮径向飞出后， 撞击机组沿飞轮径向安 装的超速保护装置、调速器、启动气分配阀、机身油位显示器与曲轴箱 的连接管线、底撬、卧轴箱体等零部件，以及启动气进气管线及

8、阀、燃 料气进气分离器、 管线及管配件等机组附属系统， 造成上述机组零部件 及附属系统损坏。2、附近建筑物损坏情况解体后的飞轮碎块沿飞轮径向飞出后， 继续撞击沿飞轮径向布置的 设备装置区厂棚、站场围墙、油库房、附近居民房屋等构建筑物，造成 其损坏。三、事故原因分析（一）、飞轮解体原因分析1、现场查验， 4# 压缩机的仪表无记忆存储功能，压缩机转速变化 情况无记录可查证，只能通过对事故现场飞轮碎块分布情况的分析。 同 时，根据 43# 飞轮碎块落点位置，按抛物线原理理论计算飞轮的初始速 度，在不考虑 43# 飞轮碎块突破飞轮护罩、撞击厂棚钢制横梁、撞击民 房、空气阻力等影响因素损失的能量的情况下

9、，理论计算出飞轮解体的 转速约为 600r/min ，但实际转速应大大高于本理论转速。因此，此时飞轮的转速已大大超过机组额定转速（额定转速400r/min ），处于严重超速状态。2、以下因素均可能导致飞轮解体：A 飞轮在高速旋转运动中的离心力超过了飞轮本身强度， 导致飞轮 强度较为薄弱的轮辐从危险截面处断裂，进而解体（注：根据设计， 该机组飞轮解体的最小转速为 710r/min ）；B 飞轮在高速旋转运动中，连结飞轮与曲轴飞轮轴颈的夹紧螺栓， 在离心力作用下，克服其预紧力，造成螺栓拉伸变形，飞轮与曲轴飞轮 轴颈连接松动，导致飞轮与曲轴飞轮轴颈发生滑动位移 （沿飞轮旋转方 向），飞轮轮毂键槽承受

10、巨大的应力集中，造成强度失效开裂；C 飞轮材质强度是否达到设计要求有待其金相、 力学性能试验结果 出来后进一步比较分析。从现场损坏件分析认为：飞轮解体是典型的强度失效破坏。（二）、飞轮飞车原因分析飞轮解体过程中，机组燃料气供气系统、调速机构、燃气电磁切断 阀等被损坏难以复原， 燃气转阀基本保持完整。根据现场查验情况分析 认为：1、根据设计，该机组在正常负荷运转情况下，转阀开度为 1/2；现 场机组处于空载运行状态，转阀开度为 80-90% ，基本处于最大燃气供 气位置。2、转阀阀芯基本被卡死，搬动摇臂只能微动。转阀摇臂是通过螺 钉与转阀阀芯端轴上的圆弧槽定位，可能造成摇臂在阀芯端轴面上转 动。

11、经现场查验，定位螺钉与圆弧槽有磨损痕迹。因此，机组调速器不 能很好地控制转阀开启度大小。综上分析，当 4# 压缩机处于空载运行阶段，调速器无法有效控制 转阀，造成控制假象。因此，造成压缩机转速迅速上升，直至超速飞车的直接原因是燃气 转阀失效。（三）、飞车失控原因分析1、启动工作原理4# 机组的启动方式为天然气缸头直接启动，启动压力在2.0MPa（表压）左右，启动气介质为净化天然气。机组在正常启动过程中 ,打开启动气球阀 , 启动气（压力 2.0MPa 左 右）进入动力缸内 ,启动气分配阀为两只动力缸分配进缸的顺序和气量， 两缸的分配凸轮定位在卧轴上 ,由机组的曲轴齿轮传动 ,相位差 180 &

12、#176;。在机组启动过程中 ,缸头卸压阀处于关闭状态 ,启动气通过启动球阀T启动分配阀T缸头单流阀T缸头启动安全阀进入缸内推动动力活塞做功,使机组运转到达一定转速 （100r/min 左右 ）。这时飞轮内侧的启动磁极 掠过触发线圈 ,产生足够的感应电动势 ,此电动势打开机组点火系统的可 控硅,使得由磁电机所产生的并储存在点火系统的电容中的电能向点火 线圈供电 ,由点火线圈产生的高压直流电在火花塞的点火间隙间产生高 压电火花 ,点燃缸内燃料与空气的混合气。 这时缸内的天然气分压大于 空气的分压 ,燃烧微弱 ,产生的压力波动不足以推动动力活塞高速运动。 随着动力活塞由上止点向下止点运动 ,排气口

13、打开 ,这部分混合气就排出 动力缸外。2、燃烧工作原理4#机组的燃料气为净化天然气，压力在 0.0340.083 MPa（表压）c 在机组启动后， 切断启动气源 , 部分启动气管道内的余气进入缸内 使得缸内天然气分压远远小于空气的分压（接近空燃比范围）,由启动磁极产生的点火正时信号点燃缸内混合气 ,燃烧加剧（现场人员可以清 晰听出缸内点火的声音） ,转速升高。此时，开启燃气球阀向动力缸注 入燃料气 ,缸内的点火就由运转磁极触发产生的点火正时信号控制（启 动磁极产生的信号因电容中的电能已经释放而不再控制点火） ，缸内燃 料混合气剧烈、稳定燃烧（达到空燃比范围） ,压缩机组稳定运转。机组转速的高低

14、由进入动力缸的燃料气的气量决定 ,气量大则燃烧 产生的压力、温度就越高 ,推动动力活塞的作用力就大 ,压缩机组转速就 高；反之 , 气量少则机组转速就低。3、燃烧时缸内爆发压力在启动运转过程中，压力在0.0340.083 MPa（表压）燃料气在动 力活塞上止点前 193°开始注入缸内,在上止点前 272°停止注气,在动力 活塞上止点前 9°被点燃,此燃烧在燃料混合气（空气与燃料天燃气，贫 燃）中迅速平稳地传播 ,形成稳定燃烧 ,燃烧产生高温高压从而推动动力 活塞做功。 动力缸内的压力在动力活塞上止点后 2-3 °左右达到最高：在 机组满负荷运行时缸内最高

15、爆发压力为 3.5MPa, 在空负荷运转条件下 缸内平均有效爆发压力在 0.4-0.5MPa 之间。燃料转阀正常开度范围为 3350%，进气量为11.5Nm3/min;在 80%90%开度情况下的进气量为 2.42.7Nm3/min。4、内漏的启动气进入缸内的时机 :在动力活塞做功、排气、扫气 冲程中 ,启动气进气球阀泄漏的天然气在启动气管道内开始积聚。积聚 的压力达到能够推动启动安全阀开启时 ,在动力活塞扫气冲程末到吸气 冲程开始阶段 ,启动气就进入缸内 ,成为额外的燃烧气源 ,与自动吸入缸 内的空气一起参与压缩 ,并由火花塞点火燃烧（点火电源未切断） ;在燃 烧达到缸内最大峰值压力前后至排

16、气开始阶段 ,缸内压力较大 ,启动气进 缸内的可能性较小。ZTY265 压缩机组的动力部分为二冲程贫然式发动机 ,空燃比在 1 ：181:16 之间。从启动气管道进入发动机的天然气形成额外的燃 料气,虽然不能完全达到机组正常燃烧的空燃比比，但能够参与燃烧,推动动力活塞做功。在机组超速未能自动保护停机的不足 2 分钟内， 现场先后 3 名员工分别按照操作规程对燃料气进气球阀、燃气电磁切 断阀、启动气进气球阀、手动紧急停机按纽实施关闭及状态检查无误后,即切断燃料气系统进入动力缸的天然气。启动气管道内的天然气向缸内供气 ,并由运转磁极给出的点火定时信号 ,点燃从启动气管道进入 缸内的的天然气 , 所

17、以压缩机组继续维持高速运转状态 ,未能够实现人 为紧急停机 ,导致压缩机组转速继续上升 ,最终导致压缩机组飞车失控。4 ）、压缩机飞轮质量为1.1T,且大部分质量分布在1423的轮弧边 缘,其转动惯量十分巨大 ,当达到飞车状态后，无法进行机械制动 ,即使全 部切断外来动力源 ,飞轮也将维持一段时间的飞车状态 ,以至造成设备的 损坏。5、飞轮飞车原因由上分析，在燃料气压力一定的条件下， 当调速燃气转阀开度越大， 则机组转速在短时间内上升越快；在转阀开度达到8090%的情况下,机组能够在很短的时间内（现场 CED-430 双波纹流量计记录卡片显示 数据分析不足 1 分钟）飞速提高达到或超过机组额定

18、转速 （4#机组额定 转速 400r/min ，停机保护转速 410 r/min ），导致飞轮飞车。因此，压缩机组超速后， 现场操作人员多次按操作规程要求采取的 紧急停机措施无效的直接原因是：启动气球阀内漏，导致天然气泄漏进 入发动机气缸，成为继续燃烧的意外气源，支撑飞车的恶性发展。 三、 对事故性质的认识1 、酿成事故的 4#压缩机组的飞轮的解体是飞车造成的强度失效破 坏。2、燃料气转阀异常卡死和启动气进气球阀内漏致使启动天然气进 入气缸等情况都被表面现象掩盖，操作人员难以识别和及时排除。2、在仪表控制系统、天然气燃气系统和启动系统的多个环节和零 部件同时发生故障的综合作用下， 导致压缩机超速自动保护控制及手动 控制均失效。因此， Z265-4# 压缩机的飞轮解体致使员工死亡是一次机械事故。 四、 建议1、机械事故的设备制造单位及使用单位应认真总结事故教训，及 时开展自查自检工作， 认真查找设备设计制造及使用中是否存在“ 1 类似 的问题，并及时予以整改。2、完善压缩机操作说明书、操作维护规程，强化对发生机械事故 所涉及的机组关键零部件以及与之关联的其他零部件的检查、 校验周期 和校验标准的制定及执行，确保设备的安