高炉鼓风机喘振事故的原因分析及防范措施

高炉鼓风机喘振事故的原因分析及防范措施

1 概述

高炉鼓风机防喘振保护、逆流保护是保证机组安全稳定的重要保护之一。目前控制系统往往由自控人员负责设计完成，由于对设备的经验、工艺理解存在差距，容易出现一些问题。

2 设备简介

为解决高炉无备用机组的不利局面。2001年建设安装了一套电机拖动的全静叶可调轴流鼓风机。电动机为西门子制造的无刷励磁同步电动机。额定功率36 140 kW，转速3 000 dmin，采用变频启动方式启动，轴流鼓风机为由陕西鼓风机厂制造，型号为AV100—17。风机出口压力0．43 MPa。7 000 mVmin(表压)，控制系统硬件采用西门子产品，由首钢高新公司组态。

3 事故经过

2002年9月10日，风机正常给高炉送风，出口压力0．356 MPa，吸入风量5 420 mVmin，静叶角度51。，电机电流1 340 A。16：50机组出口风压突然由0．356 MPa下降至0．2 MPa。16：52由于风机轴振动高报警，机组跳闸停机，17：06大车停止。停机时。风机仪表显示：风机轴振动高报警、安全运行报警、急停报警，无其他报警显示。机组惰走时间较正常停机时明显缩短。并在风机吸入侧有明显异音，9月11日风机解体后，发现风机转子动静叶损坏严重。其中风机动叶片顶部第一至第三级严重烧损，第四至第八级磨损较重。第九至十七级部分磨损，且第一至第十二级动叶片有松动现象。转子级间主轴外径圆周面上有不同程度擦痕(第十六、十七级除外)，转子进气侧轴封密封片严重磨损。静叶入口导叶受损严重，叶根部都有直径约40 mm、呈半圆形缺损，第一至第二级静叶片顶部磨损较重，第三至第十七级有不同程度的磨损。上承缸前三级内壁面有十六道裂纹，最长约100 mm，宽约0．5 mm；下承缸前四级有七道裂纹。最长约80 mill，宽约0．5mm；上、下承缸均有不同程度变形(风机解体时，转子已无法正常从下承缸中吊出)。风机两侧静叶伺服缸活塞杆弯曲，联接螺栓损坏。机组自动监视系统显示，见图1，停机前100 s左右，静叶角度突然由51。下降至22。(风机正常运行角度为25—79。)，并迅速恢复至52。，整个波动过程历时9 8。同时风机入口风温由28℃迅速上升至6O℃以上，风压、风量下降。在静叶突然关回前1 S，风机轴位移、轴振动出现变化。静叶波动至停机前阶段，放风门无动作。停机时，静叶、放风门动作正常。9月11日检查除尘器及人口管道内无异物，在出口管道内发现金属烧损颗粒。

4 原因分析

根据风机损坏情况及自动监控系统记录，判定机组发生逆流。导致机组损坏．具体分析如下：4．1 风机在喘振工况下持续运行，直接导致了风机的严重损坏

4．1．1 由风机运行记录曲线看(见图1)，风机进气温度迅速上升。喉部压差下降并保持在一个较低的水平波动，为典型喘振、逆流现象。同时选取风机从静叶波动起，到停机前约100s时间段内的8个工况点进行描绘，发现有7个点位于喘振区，这说明风机停机前100 s内确在喘振工况下持续运行。4．1．2 风机一旦发生喘振。若不及时消除，将造成机组内空气震荡摩擦，引起缸内温度急剧上升，转子和动静叶片剧烈振动．静叶片与转子轴颈表面、动叶片与静叶承缸内壁表面间隙减小，直至摩擦发热烧损，最终导致风机整体损坏。由于前几级叶片较长，受热膨胀量大，磨擦更为严重，而后几级变形量较小，损坏亦较小。在气流的反向流动作用下，第一级动叶片顶部烧损熔融的高温金属渣液流落到比邻的导向叶片根部，致使该部位被烧熔缺损。承缸内壁与高速旋转动叶局部摩擦产生高温。使内壁表面发生不均匀热应变。在应变和热应力作用下承缸变形并局部开裂。停机时．由于静叶与转子轴颈表面擦碰形成很大的机械阻尼，致使静叶在关闭时被卡阻，造成静叶驱动伺服缸杆弯曲，联接螺栓损坏。

4．2 自动控制系统设计不完善。保护控制程序在非正常状况下不起作用。是造成风机在工况波动、持续喘振。引起破坏性事故的主要原因高炉鼓风机逆流、防喘保护是机组控制系统的重要组成部分。也是风机安全运行的必备条件。风机一旦进入逆流或喘振工况，保护装置必须动作，迅即开启放风门。使风机迅速脱离逆流或喘振工况。

4．2．1 风机静叶角度进入非工作区后。没有设置硬件保护，保护软件设计不完善。导致风机防喘因保护失去作用而持续喘振损坏。风机静叶角度在14o～25o时为非工作区。风机严禁在此区域运行。经对比同规格的高炉风机的控制逻辑(瑞士苏尔寿公司原装设备)是在静叶进入非工作区时，通过硬件(行程开关)触及动作，风机自动转安全运行(放风门全开、静叶转14。)。而此次事故风机无上述硬件保护装置(设备尽管带有极限开关，但没有接线投用)。厂家有关轴流压缩机集散控制系统说明书中指出，风机正常运行中，如遇静叶自行进入最小工作角以下的情况，则有“静叶故障”报警，操作者应迅速采取措施予以纠正。实际上事故中静叶角度进入非工作区后，又迅速返回工作区域。历时仅9 s，操作人员在如此短的时间内，根本无法做出判断并采取有效措施。致使此次静叶角度异常波动引起喘振难以避免。按照厂家提供的防喘控制逻辑框图编制的防喘控制程序在静叶角度进入非工作区并返回后。防喘保护需人为干预(如停机或复位)后方能进入正常保护状态状态，这是导致了防喘放风门在事故过程中始终未能打开。

4．2．2 风机逆流保护设定值偏低，是造成风机逆流保护未能动作的重要原因根据安装记录，该风机逆流保护喉部压差的设定值为300 Pa，而同类型机组逆流保护设定值在l 600-2 000 Pa，该设定值明显偏低。查阅计算机记__录曲线，此次事故时风机人口风温升高到了60 cI=以上．说明风机出现逆流工况，而此时喉部压差的实际测定值却在360 Pa以上，使逆流保护也未能动作发挥作用。

4．3 静叶波动是风机进入喘振工况的诱因风机正常送风时，因多种因素干扰，静叶角度难

免波动，一般影响不大，但当静叶波动突然关闭，风机内部空气流道急剧变化时，流量压力也随之变化，运行点迅速地越过喘振线，进入喘振区域，风机发生喘振。此时若保护系统不动作，风机会因持续喘振而遭破坏。

4．4 系统软故障导致静叶波动

电气控制或液压系统等发生软故障，如电磁干扰、线路虚接、油液污染等，可能引起伺服阀线圈电流瞬间变化、伺服阀喷嘴与拨针间隙(约30-50m)被污染物瞬间卡滞等，都可能导致静叶的瞬间波动。由于该类故障的偶发性，目前尚无法验证。

5 改进措施

针对此次高炉风机事故情况和原因分析，在完成设备修复的同时，重点对防喘保护系统在非正常工况下都能发挥作用的一些改进措施。

5．1 在现有计算机逆流保护程序的基础上，增加人口喉部压差开关，检测机组人口喉部压差，一旦达到设定值，机组将立即放风，若事故未得到消除，延时自动停机，同时将喉部压差300 Pa的原保护设定值提高到1 600 Pa。

5．2 增加放风门的全开保护判断。即一旦控制系统发出全开风阀指令后，放风门应在3 8内完成全开动作。否则立即连锁停机。

5．3 为了进一步预防风机逆流的发生。在风机人口管路增设温度测量装置，引入进风温度逆流保护，风机进风温度达到50 cI=报警，6o oC自动停机。

5．4 结合电动高炉鼓风机的特点。增设两组行程开关，分别作为静叶角度14。与25。的标志，一旦静叶角度进入这一区域，机组将转入安全运行，打开放风门，同时报警，若3 8后仍无法恢复，则立即自动停机。