某油田压缩机事故案例.docx

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某油田压缩机事故案例

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1.1T，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-Ⅳ-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，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。

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°。

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→启动分配阀→缸头单流阀→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0.034～0.083MPa（表压）。

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0.034～0.083MPa（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33～50%，进气量为1～1.5Nm3/min;在80%～90%开度情况下的进气量为2.4～2.7Nm3/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：

18～1:

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Φ1423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80～90%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转速（4#机组额定转速400r/min，停机保护转速410r/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，确保设备的安全状态。

3、对类似压缩机组进行全面检查，对于少数存在安全隐患较大又无法改造或改造费用过大的设备应予及时淘汰。

4、改变天然气冲缸启动方式。

5、对于ZTY（DPC）系列压缩机组的部分系统、零部件进行更新改造：

1）、修改调速系统设计，如机械调速器、燃气转阀及控制方式等，提高机组的调速可靠性。

2）、仪表控制保护系统：

提高控制系统的安全可靠性，选用仪表应具备记忆存储和数据远传功能；设置超速连锁保护控制的备用回路，实现就地和远程紧急停机的有效控制。

3）、飞轮结构设计采用锥套张紧轮机构替代螺栓夹紧机构，避免夹紧螺栓疲劳松动导致的飞轮连接失效及键槽应力集中，提高飞轮的连接可靠性。