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孔板流量计参与煤气混合站窜气事故调查前后的思考

作者: 来源: 发布时间:2018-01-04 10:00:38

 【摘 要】介绍了某钢厂煤气混合站窜气事故的过程、现象,验证了孔板流量计理论计算流量等检测数据的变化值与实践吻合,提出了相应整改措施。

 
前言
        2017 年 6 月,某钢厂热轧煤气混合站检修结束、投运时,未严格执行标准化作业,能控员与动力巡检未相互联系操作内容,未确认操作设备状态,致使高炉煤气通过混合站窜入焦炉煤气总管,介质密度瞬间大幅上升导致管网下游制氢站焦炉煤气加压机电机过流保护跳车。
热轧煤气混合站工艺示意图
1 事故经过
1.1 事故前状态
        热轧混合站检修结束,管路采用焦炉煤气置换氮气合格,焦炉煤气小管密闭蝶阀、调节阀、NK 阀处于打开状态,焦炉煤气大管、高炉煤气大小管密闭蝶阀处于关闭状态,调节阀、NK 阀处于打开状态。高炉煤气主管压力 9.8 kPa、焦炉煤气主管压力 7.8kPa。
 
1.2 事故过程描述
13:10 热轧煤气混合站管道置换化验合格,作业负责人通知能控员混合站进行阀门状态转换,远程关闭焦炉煤气大管、高炉煤气大小管 NK 阀,要求动力巡检与能控员确认后现场打        开焦炉煤气大管及高炉煤气大小管密闭蝶阀。
        13:24 动力巡检电话与能控员确认后,现场打开焦炉煤气大管及高炉煤气大小管密闭蝶阀。
        13:28 能控员监控中发现热轧混合站混合后压力值偏高,随即确认阀门状态,远程关闭焦煤大管、高煤大小管 NK 阀。
        13:28 EM S 发出“制氢站焦炉煤气加压机开关重故障”报警信号,制氢站焦炉煤气加压机跳车,冷轧混合煤气停用。
 
2 原因与现象分析
2.1 原因分析
        热轧煤气混合站送气热备用时,操作人员未严格执行操作票,动力巡检现场操作阀门与能控台远程操作阀门次序错误,致使高炉煤气通过混合站窜入焦炉煤气管道。
        (1)在混合站送气热备用时,作业负责人向能控员下令远程关闭相关 NK 阀,能控员未执行。
        (2) 当动力巡检向能控员申请密闭蝶阀操作许可时,能控员仍未意识高炉煤气 NK 阀未关闭,也未确认 NK 阀状态即许可动力巡检现场操作。同时,动力巡检亦未按操作票要求确认 NK 阀状态,盲目操作密闭蝶阀。
        (3) 作业负责人未对关键步骤的执行情况进行督促确认,未能有效制止误操作。
 
2.2 窜气现象分析
        (1)通过图 2 分析窜气现象持续近 4 m in,流量达到了 42 m3 /h,由于高炉煤气总管压力高于焦炉煤气总管压力,混合站高、焦煤气大小管管路上的阀门均处于全开状态,因压差作用发生了窜气的情况。
热轧煤气混合站高煤大小管流量趋势图
        (2)观察图 3,在混合站阀门状态转换期间,混合后压力升至 8.9 kPa(介于高炉、焦炉煤气总管压力之间),但此时混合站管路应处于单焦保压状态,其显示压力远高于焦炉煤气压力,且还触发 7.2 kPa混合后压力高高报警。由于能控员未能第一时间关注到混合后压力高高报警提醒,以至于 NK 阀延误关闭将近 4 m in。
        (3)窜气现象发生时,热轧煤气混合站附近的另一混合煤气用户曾反应其混合煤气热值偏低,仅有5443 kJ/m3 ,达不到 8792 kJ/m 3 的要求,经图 3 热值趋势与压力趋势比对,证实其热值波动确于热轧混合站操作相关。
热轧煤气混合站混合后压力趋势图
2.3 焦炉煤气加压机跳车分析
        (1)考虑煤气流向,焦炉煤气制氢站位于热轧煤气混合站下游。窜气现象发生后,氢站焦炉煤气流量(孔板计量)由 22000 m3 /h 陡增到 38000 m 3 /h。查阅资料,差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理,当流体流过节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴等),在节流件前后产生压差,此压差值与该流量的平方成比。在差压式流量计中,标准孔板节流装置因结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的使用。孔板流量计流量计算公式为:
20180104100319.jpg
        式中,q f —— — 工况下的体积流量,m3 /s;
        c—— — 流出系数,无量钢;
        β=d/D,d 为孔板内径,m m ,D 为上游管道内径,m m ;ε—— — 可膨胀系数;
        △P—— — 孔板前后差压值,Pa;
        ρ L —— — 工况下流体的密度,kg/m3 。
        考虑气体密度对计量的影响,流量 =k/ ρ姨。窜气时,22000 m3 /h 焦炉煤气流量变成 22000 m 3 /h 高炉煤气流量,即真实的高煤流量为 22=k/ 1.3姨;理论显示流量为 k/ 0.5姨,经计算为 38000 m3 /h,与孔板实际显示值一致。
        (2) 制氢站焦炉煤气加压机电机电流由 30 A升高至 58 A(跳车值为 51 A)。加压机输送介质密度改变后,轴功率计算公式为 N 2 =N 1 ρ 2/ρ1 ,即轴功率与介质密度成正比;电机功率= 3姨×电流×电压×功率因数。窜气时,加压机电机轴功率增加 1.3/0.5=2.6 倍,电流超过跳车值,电机保护停车。
 
3 应对措施
3.1 提高标准化执行意识
        需做好标准化作业的宣传引导及培训教育,单位内部加强自查、考核力度,提升员工标准化执行意识,将此次事故作为典型案例,广泛学习、讨论,使所有作业区都能够吸取此次事故的经验教训。
 
3.2 加强作业活动过程管控
        (1)在计划检修过程中运方工程师做好运方单、停送气方案的提前下发,以便作业区学习并点位确认、检修过程审核,以便提前做好方案风险预测、防控,确保作业安全。
        (2)能控台、动力巡检根据检修计划提前拟定操作票,并按票执行。
        (3) 介质停送方案、检修方案在事前需做好沟通,各方需掌握检修作业内容及许可要求。
        (4)加强检修过程监控,负责人、运方对关键步骤需确认,做好管理与操作之间的互补。在检修过程中发现异常时,需立即停止检修作业,在原因未查明前不得继续。运方需做好检修过程的跟踪,在发生异常情况时,需查明原因并对方案及时调整。巡检需加强停送气过程中运行设备状态确认,发现异常需及时通知负责人。能控员需加强关键节点的跟踪、掌
控,对于需要调度配合的内容要积极配合。
        (5)在制作停送气方案步序图时,对关键步骤、操作进行识别,标注相关注意事项,在拟定综合操作票时,要求拟票人、执行人参照实施。
        (6)关键作业活动过程,要求作业长全程跟踪把控,作业不完成不离开。
 
3.3 强调标准化执行过程
        强调标准化执行,特别是在动力系统,综合操作要有操作票,单项操作要有记录,操作票执行要严格执行复诵制,涉及到能控台和巡检的联合操作时,能控台首先拟票,巡检根据能控台拟票内容结合现场操作步骤完善自己的操作票,操作过程中与能控台执行操作复诵制,逐项复诵逐项操作逐项确认。
 
3.4 现有执行标准优化
        针对能控台、巡检典型操作的手顺,组织重新编写、优化,以符合实际情况,有利于操作复诵制的实施。
3.5 做好员工技能培训教育
        结合工会劳动竞赛,搭设在线岗位练兵平台,安排作业长、技术员编制题库,以生产现场实际情况、运行特点、标准化、现场管理、安全环保管理等为主,鼓励多设置图片题、排查故障题。
3.6 加强隐患排查治理
        通过加强隐患排查治理和重点隐患整治推进,及时发现、分析、应对系统存在的问题,做好技术方案、人员、备件材料等储备工作,择机进行处理。
 
4 结束语
        (1) 煤气混合站窜气事故发生后,系统诸多流量、压力、热值、电流等检测数据相应变化,通过计算分析,理论变化值与实践变化量高度吻合。
(2)操作票制度是杜绝误操作事故的法宝。知易行难,再难也要执行。落实以“二票三制”为核心的标准化作业是确保系统安全稳定经济运行的重要手段。

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