2萬m3卷簾型干式氣柜運行故障原因分析及處理方案

楊家兵

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430082)

煉廠各裝置高低壓放空氣的壓力及流量波動較大，不宜直接回收利用，大多采用將放空氣引入氣柜的工藝，再通過壓縮機增壓后進入燃料氣管網供鍋爐和加熱爐使用。氣柜的主要作用就是回收和儲存各裝置放空氣，根據密封結構型式不同，主要分為濕式氣柜和干式氣柜，其中濕式氣柜因腐蝕及運行過程中易出現導軌卡阻等故障已經很少使用。干式氣柜又分為稀油密封型、干油密封型和橡膠膜密封型(卷簾密封型)，其中橡膠膜密封型氣柜因運行中無潤滑油消耗和動力消耗等優點被廣泛應用。

某石化公司氣柜為公稱容積2萬m3的卷簾型干式氣柜，主要結構如圖1所示，密封膜分為2段，2001年12月投用，主要參數見表1。

圖1 卷簾型干式氣柜結構示意

表1 氣柜主要參數

氣柜引入氣體時，活塞和密封內膜在氣體的壓力作用下上升，當活塞上升到T圍欄位置時，內膜展開，繼續進氣，活塞和T圍欄帶動外膜一起上升；當達到最高位置時，外膜展開，氣柜達最高儲容，如果繼續進氣會觸發放散裝置開始放氣，保護氣柜安全。氣柜排氣時，運行過程同上述過程相反。

1 氣柜運行故障

2016年7月12日晚班，火炬崗位將裝置高低壓放空氣收進氣柜，增壓站2號、5號機運行回收氣柜瓦斯送焦化裝置脫硫。7月13日3:16，氣柜達到18.5 m并繼續上升時，關閉高壓放空氣回收支線，拆除高壓放空氣火炬水封，停止回收高壓放空氣。氣柜活塞開始下降。完成調整后，到操作室外觀察火炬燃燒情況，并到氣柜附近檢查氣柜運行情況。在檢查過程中聽見氣柜內發出摩擦聲音，懷疑氣柜導輪有卡阻現象，就沿氣柜周邊進行檢查。這時聞到有瓦斯味，氣柜內出現很大撞擊聲。操作工馬上回到操作室向公司值班人員匯報，并通知氣防人員現場警戒監護。到4:13，氣柜由18.6 m快速下降到最低位1.075 m，伴有大量瓦斯泄漏，柜壁在6～13 m處出現多處刮破、刮傷。

2 氣柜故障原因分析

2.1 氣柜本體損傷情況

氣柜損傷情況如圖2～圖5所示，其中柜體高度13 m左右處碰撞嚴重，有9處破損，最大開口有1.1 m，柜體破口正上方有一段明顯的導向輪劃痕。碰撞點處皮膜多處損壞(外膜下端附近)； T圍欄總體向西南傾斜，同柜體發生嚴重碰撞，T圍欄東北方向因T圍欄總體偏移，沒有落在T圍欄支架上，造成T圍欄構架嚴重變形，并擠壓氣柜活塞，導致皮膜(內膜)外表擦傷嚴重，多處穿孔。

圖2 氣柜外貌

圖3 氣柜柜體碰撞

圖4 氣柜內構件損傷

圖5 氣柜柜體撕裂

2.2 運行故障原因分析

2.2.1 氣柜本體情況

氣柜在2015年12月因皮膜出現漏點進行了檢修。在檢修期間，更換了內、外皮膜，并對調平裝置導輪軸承和鋼絲繩進行了加油處理。之后通過風機引風對皮膜進行了查漏，并對活塞運行情況進行了檢查。檢查結果顯示，活塞總體運行平穩，水平度15 mm，在設計標準30 mm范圍內。試運合格后，氣柜投入正常運行，并且運行半年之久，活塞升降平穩，無異常情況發生。因此，檢修質量是可以保證的。

2.2.2 外部條件的影響

1) 2016年7月武漢連續暴雨，12日，外購蒸汽管道通過的涵洞被淹,蒸汽溫度大幅度下降，裝置汽輪機機組被迫停機，各裝置集中大量放空氣體，導致進入氣柜的瓦斯的量及壓力大幅波動。氣柜壓力趨勢見圖6。

由圖6可以看出：當時的生產處于極不穩定的過程中，在氣柜高度達到18.5 m后，氣柜停止進氣，活塞開始下行，出現故障。鑒于氣柜本身結構的特殊性，活塞工作時處于浮動狀態；由于操作波動太大，導致活塞上升速度和下降速度過快，活塞和T圍欄的運動速度也隨之加快，同時，由于慣性作用，活塞不可避免出現晃動發生水平偏移，從而導致故障發生。

圖6 氣柜壓力趨勢

2) 活塞在運行過程中也有可能發生水平度的變化，即活塞發生傾斜，此時，在活塞上會產生水平分力，當該分力達到一定程度時，會使T圍欄發生水平偏移，而偏移累積到一定程度，則會使T圍欄同柜體接觸。這種情況應該發生在上升過程，并且不會傷到皮膜。從圖7所示的氣柜料位趨勢分析可知，氣柜出現該故障時，氣柜活塞應該在下降的過程中，導輪碰撞痕跡也證明了這一點。對氣柜結構進行剖析發現，出現故障時氣柜高度達到18.5 m，正在對氣柜進行泄壓，應該是T圍欄下導輪首先同柜體發生碰撞、擠壓，導致皮膜泄漏，T圍欄繼續下滑，使皮膜破口增大，導致惡性循環，使氣柜嚴重受損。

圖7 氣柜料位趨勢

3) 氣柜出現故障的第一時間沒有及時關閉氣柜的進、出口閥門，停止壓縮機運行，以便讓活塞處于保持狀態或很緩慢的下降狀態，反而采取措施加快了泄放速度，造成皮膜和內構件發生二次損壞，加劇了氣柜故障的損壞程度。

3 氣柜修理方案

氣柜修理的主要工程量是T圍欄的修復和密封皮膜的更換，關鍵工序包括以下幾個方面。

3.1 清淤

在柜內氣體達到安全施工要求的情況下， 施工人員進入活塞下部(活塞臨時支撐已經安裝)， 進行氣柜底板、 活塞底板反面、 T圍欄架臺上淤泥、 雜物的清理。由于這些都是易燃物品， 在施工前必須清理干凈， 以防施工動火時發生燃燒事故。

3.2 活塞糾偏

T圍欄有8檔偏移T圍欄架臺墜落500 mm左右， 與活塞托座欄桿相互夾緊， 造成活塞偏移最大值達500 mm， 旋轉350 mm，皮膜破損嚴重。

為糾正活塞偏移，進行了如下操作：

1) 利用千斤頂和手拉葫蘆等將墜落的T圍欄頂升至T圍欄架臺平臺上；

2) 對破損的皮膜進行修補，其中外膜修補了17條長度為500～1 300 mm的撕裂長縫，內膜修補了20多處破洞；

3) 通過鼓風機鼓風將活塞頂起，調整活塞至中心位置，糾偏后偏差小于100 mm；

4) 排氣落下活塞，拆除破損的皮膜。

3.3 T圍欄及柜體側板受損部位修復

1) T圍欄不能修復部分重新按設計圖要求，用新的材料進行部件的制作；

2) T圍欄分片整形合格后移至正確位置，完成T圍欄成形組裝工作；

3) 破損柜體、皮膜密封槽鋼及角鋼修理或更新，其中柜體修補19處，均采用挖補修理，面積約12 m2。

3.4 安裝新的密封皮膜

1) 將帶包裝新皮膜運進柜內。

2) 先安裝外膜，后安裝內膜。在皮膜的吊耳上安裝專用夾具，并安裝好圓徑控制鋼繩；用逐步展開法將外膜吊起，逐步放松圓徑控制鋼繩，協調各吊點，控制皮膜的起吊高度，防止皮膜與鋼結構的棱角鉤掛。

3) 皮膜起吊高度及圓徑到位后， 放下皮膜到合適高度開始安裝。首先， 將皮膜上端標有記號的螺孔與上部密封角鋼上標有記號的螺孔重疊， 穿上螺栓；然后以此點為基準， 向兩側安裝皮膜。皮膜上部安裝完后， 按同樣要求完成下部的安裝。

3.5 調平裝置的維修

1) 對調平鋼絲繩、導向輪、滑輪進行檢查，調整好每個導輪的垂直度和與調平鋼絲繩的平行度；保證各導向滑輪及柜頂滑輪轉動靈活、軸承座固定牢固。

2) 檢查、保養調平裝置配重塊的導向輪，對不符合運行要求的進行更新。調整導向輪的位置，使其在上下運行時轉動靈活，無卡軌和脫軌現象。

3.6 放散裝置的維修

1) 檢查放散管頂端部的自動放散閥，要求封蓋嚴密、無泄漏現象。

2) 檢查自動放散的頂開裝置，要求調整至上下靈活。

3.7 氣柜的綜合調試

3.7.1 查漏及活塞傾斜度調整

用風機向柜內送氣， 將活塞頂升5 mm， 然后用肥皂液檢查皮膜與密封角鋼、 槽鋼的結合部， 并及時處理漏點。當活塞頂升至8 m處時， 停止往柜內送氣， 測量活塞的傾斜量， 并調整調平鋼絲繩的花蘭螺栓、 移動活動配重塊在活塞砼圍環上的位置， 將活塞的傾斜量控制在±10 mm之內。

3.7.2 活塞與T圍欄的碰撞試驗

1) 在活塞上部走道36塊橡膠塊位置上安放直徑50 mm、高100 mm的成形的油灰圓柱體，緩慢頂升活塞，當64個油灰圓柱體全部與T圍欄相碰時，停止活塞頂升并排放柜內空氣，使活塞下降2 m左右。

2) 逐一測量被擠壓的圓柱體的高度， 對于高度不同處， 調整橡膠塊底座的相應高度， 用鋼板墊平， 使36塊橡膠塊與T圍欄能同時接觸， 這樣既達到使活塞與T圍欄接觸部位受力均勻的目的， 又可防止T圍欄在以后長期運行中產生偏移。

3) 繼續向柜內送氣，當活塞帶著T圍欄上升1 m后，停止送氣。測量活塞傾斜量，并與前面記錄的數據進行比對，如差距>10 mm，則應在活塞砼圍環上均取活動配重塊，放置在T圍欄較高部位的上部走道上，以確保T圍欄本身的平衡。

4) 活塞帶動T圍欄繼續上升，接近頂部時要注意外膜垂掛部分的展開；應到T圍欄底部檢查皮膜是否全部展開。

5) 活塞帶動T擋板繼續上升，T擋板墊碰到自動放散頂開裝置時，檢查放散裝置的運行是否符合要求。

6) 上述工作完成后，對活塞再做一次全行程的升降試驗，并記錄活塞和T擋板在不同高度的傾斜量以及活塞與T圍欄、T擋板與側板的間隙。

3.7.3 快速升降試驗

由于風機能力的問題，一般只做快速下降試驗。活塞下降時，打開4個放散管，有必要時也可打開部分相關的人孔。要求活塞下降平穩，無飄移、抖動現象及異常聲響，調平裝置運行正常為合格。

3.7.4 試驗結論

氣柜經過綜合調試，活塞在升降試驗過程中運行正常、平穩，無卡阻現象和異常聲音，內、外皮膜完全展開、無皺褶，調試相關數據基本達到設計要求，完全能滿足系統運行需要。

4 氣柜增加監控設施

由于氣柜沒有安裝活塞運行監測設備，活塞運行狀態出現異常時不能被及時發現。經調查和咨詢，在鋼鐵企業中，氣柜普遍安裝有活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統，企業根據監測數據，調整活塞運行狀態，保證活塞平衡運行。由于該2萬m3卷簾型干式氣柜沒有活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統等監測手段，在氣柜運行過程中，沒能及時發現活塞偏移，最終導致設備故障的發生。 為直觀掌握活塞運行狀態，及時發現設備隱患，公司采取了以下監控措施：

1) 安裝活塞傾斜儀和活塞漂移檢測系統等。

2) 在氣柜內安裝電視監控系統。

5 氣柜運行管理措施

對這次故障處理過程進行分析發現，由于沒有對應的預案，導致處理措施不當，擴大了事故的影響。為了避免類似事故再次發生，制定了相應措施：

1) 完善氣柜故障應急處理預案，并開展氣柜故障預案演練，提高故障處理能力；

2) 加強工藝管理，提高氣柜平穩操作水平；

3) 對氣柜結構原理和操作規程進行技術培訓；

4) 完善氣柜定期檢查和維護保養制度。

6 結語

外購蒸汽溫度的大幅度降低，引起生產裝置大面積放空，與此同時，又沒有控制引入氣柜的氣量， 使得氣柜操作壓力大幅波動， 導致活塞出現劇烈晃動， 造成活塞同氣柜柜體發生碰撞。因此， 外購蒸汽溫度的大幅度降低是造成氣柜損傷的直接原因。活塞運行出現異常后， 沒有及時采取有效措施， 關閉進、出口閥門， 使活塞盡快平穩， 而是采取快速放空的不正確操作，加重了氣柜的損傷程度。

氣柜安裝必要的運行監控設備，有利于保證氣柜安全運行；開展氣柜故障預案演練，可有效提高故障處理能力。