青海油田公司“”压缩机三级换热器管束箱封头闪爆事故案例分析

青海油田公司“1.01”压缩机三级换热器管束箱封头闪爆事故案例2012-01-12尊敬的各位领导、各位代表：2012年1月1日16时45分，青海油田公司冷湖油田管理处南八仙试采作业区发生2#压缩机三级换热器管束箱封头闪爆事故，造成一人死亡。（一）事故发生时间2012年1月1日16时45分。（二）事故发生地点青海油田冷湖油田管理处南八仙试采作业区。（三）事故单位及班组概况南八仙试采作业区成立于2000年2月。目前，共有职工98人，其中管理干部5人，技术干部5人，高级技师2人、技师6人。一、基本情况现设采油采气班、集输班、压缩机班、油气井维护班、格尔木卸油班五个班组。主要负责南八仙油气田的采油、采气、油气水处理、低压天然气压缩增压、注水、注气、供配电、供转水、消防、供暖，以及全处的原油对外交接工作。原油生产能力4万吨/年、天然气生产能力1.7亿立方米/年。目前作业区人员2名，分别由作业区经理和主管生产的副经理兼职；班组安全监督员15名。南八仙试采作业区压缩机班现有岗位操作员工18人，实行是两轮换，每天三班三运行。事故发生时当班人员7人。（四）压缩机组概况南八仙试采作业区现有2台天然气压缩机组，该压缩机组为南八仙低压伴生气回收利用工程配套主要设备，其功能是将油井伴生低压气进行增压处理，型号为4RDSA-3/G3516，由江钻股份武汉压缩机分公司组装集成。该设备分为动力部分、换热部分和压缩部分。其中：动力部分为美国卡特公司生产、换热部分为湖北天门江汉石油通用机械有限公司生产、压缩部分为江钻股份武汉压缩机分公司根据南八仙油藏油井伴生气组分和处理量需求专门设计生产。采取三级增压技术将油井伴生气从0.2-0.3MPa增压至5.0MPa，其中一级增压至0.7MPa、二级增压至2.0MPa、三级增压至5.0MPa。2010年6月至2011年8月两台压缩机开一备一。2011年9月经伴生气回收工艺流程和油井地面管网优化后两台全开。截止事发时，1#压缩机运行时间5939小时，2#压缩机运行时间9588小时。此次事故发生在2#压缩机，在事故发生前，该压缩机三级换热器发生冰堵现象，造成压缩机停机检修。机组主要技术参数进气压力Mpa(G)：0.2-0.3排气压力Mpa(G):5.0进气温度℃：30排气温度℃：≤50排量×104Nm3/d:8.18-11.42发动机功率KW：652转速rpm:1000压缩机换热器后管束箱二、事故经过2011年12月31日11时，冷湖油田管理处南八仙试采作业区2#压缩机三级排气压力升高至5.76MPa（报警高限值5.8MPa），同时出现三级换热器后管束箱封头渗漏（水）现象。作业区组织停机并拆下1只三级换热器后管束箱封头丝堵进行检查，发现存在冰堵现象，拆除其余丝堵进行解堵作业，至2012年1月1日16时20分左右完成。进行空气置换并经启动前检查后，进行闭路（小）循环。第一次启机，因注油器断流（润滑油中断）自动停机。经排除故障，再次启动压缩机进行闭路（小）循环。压缩机在保持少量进气的情况下运行约8分钟后，2#压缩机主要运行参数出现异常：三级排出压力0.9MPa（正常0.3MPa）、温度117℃（正常90℃），二级排出压力2.9MPa，安全阀起跳（正常不大于2.0MPa），温度仍有继续上升趋势。张海科检查发现换热器百叶窗未完全打开，进行相应的处理后返回压缩机房。16时45分，张海科在机房内听到爆炸声，立即按下了紧急停车按钮后迅速跑到现场，发现陈刚仰面躺在地上，已经死亡(经分析，陈刚在梯子上检查封头泄漏情况）。三、现场情况2#压缩机三级换热器管束箱挡板缺失，管束箱本体向后移动了10cm；封头正面挡板落在距爆炸点正北方57.4m处，挡板变形，挡板上缺失一只丝堵；封头上挡板掉落在爆炸点199.6o方位119m处。正面挡板10cm距地面3.6m上挡板正面挡板压缩机管线系统勘察情况：拆开压缩机系统卸载阀门（放空阀）、二级排气安全阀和三级排气安全阀，发现在二级排气安全阀管线内有燃烧后的碳渣；在卸载阀门（放空阀）和三级排气安全阀管线内发现有凝析油。碳渣凝析油现场勘查示意图19.252.563.34.44.21.402.11.70.62#压缩机换热器1#压缩机换热器高度：3.6m高度：3.6m1.4211.252.1护栏压缩机厂房4.20.43.60.5换热管束门12.5注水泵房7.012.328.014.517.714.150.52.67.07.417.19.80.59.22.62.50.87.45.4爆炸点位置77.555.08.118.959.125.96.456.9511.7该组换热管束后移8cm10死者落地位置7.72/1.66(NE12.2o)7.9安全帽碎片5.02/5.86（NE49.4o）7.72单位：米封头正面挡板第一落点N12.3丝堵37.05/7.26（NE11.1o）37.73安全帽碎片39.85/2.85（NE4.1o）39.90左脚鞋子52.0/11.26(NE12.2o)53.2安全帽碎片49.12/4.34（NW5.1o）49.31封头正面挡板第三落点N54.9封头正面挡板最终落点N57.4封头上挡板87.3/80.9（SW42.8o）119.0头骨3.52/5.26（NE56.2o）6.33头骨2.82/4.16（NE56.3o）5.03头骨碎片1.02/10.06（NE84.3o）10.11头骨碎片5.52/5.86（NE46.7o）8.05安全帽碎片36.25/4.76（NE7.5o）36.56骨头碎片26.9/7.21(NE15.0o)27.8封头正面挡板第二落点N40.3右脚鞋子40.3/14.3(NW19.6o)42.810经分析，三级换热器后管束箱发生爆炸后，炸飞的管束箱挡板击中正在检查的陈刚头部，造成陈刚死亡。死者：陈刚，男，40岁1990年参加工作，现岗位为天然气压缩机岗，操作证号TS6CQES06587。死亡时仰面躺在爆炸点15.9o方位6.05m处，脚朝正南。N四、相关情况说明1、2#压缩机启动后温度、压力超标原因：由于压缩机系统空气没有置换干净，空气在系统内分段滞留，天然气引入机组后与空气混合，在压力、流速变化下产生静电，可燃爆炸气体首先在压缩机内发生闪爆（二级排出口），造成压缩机温度、压力升高;2、压缩机系统吹扫、置换说明：按照设计，压缩机系统的空气置换分两个步骤进行，第一是通过系统环路管线对三级换热系统进行吹扫置换；第二是通过盘车置换排空。五、原因分析—直接原因1、作业区在检修压缩机换热器过程中，空气进入系统，在进行空气置换作业过程中，使用天然气为置换介质，且未能将空气置换干净，造成空气滞留在系统内部；2、压缩机启动闭路（小）循环，天然气进入压缩机系统与滞留在系统内的空气混合,形成可燃爆炸气体；3、可燃爆炸气体在压缩机系统内循环至三级换热器后管束箱，由于流速发生变化产生静电，导致可燃气体闪爆，爆炸将换热器后管束箱炸开，炸飞的管束箱正面挡板击中正站在梯子（直梯）上检查渗漏情况人员头部，导致事故发生。五、原因分析-间接原因（一）压缩机系统内空气不能置换干净及形成可燃气体原因在解堵作业过程中，空气进入三级换热器进、排气管线、循环管线以及一级洗涤罐及缓冲罐内。当操作工人在完成丝堵紧固任务后，打开进料气阀门，首先通过环路管线将三级换热器进、排出管线、管束箱空气经卸载阀（放空阀）排出，但仍有部分空气被顶至三级排出管线。其次通过盘车将天然气依次引入压缩机一、二、三级洗涤罐和缓冲罐，通过洗涤罐排污阀将空气排出，因无检测手段不能确定这部分空气是否排尽。由于工艺流程设计原因，其余空气仍然滞留在三级出口管线及管束箱内。启动压缩机进行闭路（小）循环后，更多的天然气与系统内的空气相遇，在系统内循环、混合，形成可燃爆炸气体。同时，可燃气体在压缩机系统内循环，压力、温度不断升高，又由于管线内存在凝析油，致使可燃爆炸气体点火能量下降及爆炸极限变宽。（二）静电产生原因混合可燃气体流速发生变化，产生静电。启动压缩机进行闭路（小）循环后，可燃气体通过三级换热器，经过进口管束节流及后管束箱膨胀，流速、流向发生变化，产生静电。（三）换热器后管束箱正面挡板与上挡板在爆炸后首先发生断裂原因换热器制造工艺存在质量缺陷，通过查看正面挡板与上挡板断口，发现正面挡板与上挡板焊缝连接处约有10mm没有焊透，违反了《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高束焊的推荐坡口》（GB/T985—2008）以及《固定压力容器》（GB/T150—2008）相关规定，即：“必须采用全截面焊透的对接接头型式”。同时焊接处有长度约2.5cm的焊接蜂窝状气孔段(最大气孔长度1.4cm，气孔面积共计4.8cm2)，导致焊接强度达不到承压要求。未焊透气孔气孔（四）压缩机系统设计存在缺陷1、工艺系统设计存在缺陷：压缩机系统流程中缺少惰性气体置换注入口，无法进行置换操作；且提供的《4RDSA-3/G3516RDS天然气压缩机组服务手册》中明确“可以使用天然气进行置换”；2、换热器缺少温度调节手段：换热器二级、三级换热管束共用一套百叶窗，无法单独进行温度调节。3、换热器设计存在缺陷：压缩机在冬季运行的情况下，换热器管束易产生冰堵现象。换热器为了达到降温效果，采取节流设计，天然气经三级压缩后由管线（通径Φ100mm，截面积7850mm2）经前管束箱（截面积73100mm2）进入管束产生节流（通径Φ20mm*15根；截面积4710mm2），流速增加，当天然气到达后管束箱时由于截面积增加（截面积90300mm2），天然气体积膨胀，压力、温度下降，产生水合物，造成管束箱内及部分出口管束冰堵，三级排气压力升高至5.76MPa，丝堵出现渗漏（是此次事故发生的诱因），迫使停机检修换热器。在2012年1月2日，1#压缩机组出现三级换热器进、排气温差只有31℃（正常大于60℃），三级排气压力达到5.47MPa，经分析管束箱可能存在冰堵，随后停机，用蒸气车在外部对换热器管束进行加温解堵。重新开机后，进、排气温度和压力恢复正常，1月3日又出现类似情况，用同样方法处理后恢复正常，再次验证了换热器管束存在冰堵的现象。（五）操作规程制定不严谨依据制造厂家提供的《4RDSA-3/G3516RDS天然气压缩机组服务手册》，编制了《4RDSA-3/G3516天然气压缩机组操作规程》。规程中对置换的描述是：“在保证安全的情况下可以使用天然气进行置换”；“以及盘车置换时间10分钟”。存在以下问题：1、“在保证安全的情况下”的要求没有可操作性；2、规定盘车置换时间10分钟，是技术人员通过相关数据计算得来，没有考虑盘车作业要受人员体力等因素影响，同时也没规定出盘车的次数。（六）操作人员缺乏压缩机系统空气置换操作经验该压缩机组自2010年6月投产运行至今，操作人员只进行过机组切换操作，空气置换作业是首次进行，缺乏经验。同时，压缩机制造厂家在投产试车时使用天然气置换，受此影响作业区没有意识到天然气置换存在的风险，未能掌握置换操作要点，作业区在引进压缩机系统后，也没有及时发现空气置换流程中存在的缺陷以及运行过程中的冰堵现象。（七）作业区未能处理好生产进度、经济效益与安全生产之间关系集团公司、股份公司三令五申要求做好节假日和特殊时段的安全生产工作，青海油田公司也在节前下发了《关于切实做好2012年元旦、春节期间安全生产工作的通知》(石油青质安[2011]573号)，要求在节假日期间停止风险较大的临时作业。由于正值冬季供气高峰，作业区只考虑尽快恢复供气，未能遵守上级规定，在节日期间进行检修及启动压缩机作业，把重要操作当作常规作业进行管理。六、预防措施（一）制定完善压缩机系统冬季生产运行，解决和减少压缩机换热器冰堵现象1、压缩机一级进气阀前安装调压阀，稳定来料气压力，保证压缩机工况稳定；2、增加换热器一、二、三级进出口温度检测点，为判断换热器是否冰堵提供依据，对PLC系统进行改进，增加检测点和历史趋势显示记录，增加压缩机视频监控系统；3、将换热器二、三级共用的百叶窗改造为单独百叶窗，以便单独调节换热温度；4、要求制造厂家恢复洗涤罐自动排污控制系统。（二）完善压缩机工艺流程1、在压缩机系统入口阀门处加装惰性气体注入口，以满足置换作业介质要求；2、在三级换热器排出管线末端增设放空流程，安装放空阀，完善压缩机系统空气置换流程。（三）完善工艺1、由制造厂家帮助完成操作规程的修订工作，依据相应技术参数、标准，制定便于岗位员工操作的规程和程序，如空气置换，盘车操作以及异常情况处置等；2、完善作业审批程序，对关键设备的开停机和检维修作业，实施作业审批制度，坚持干部带班作业制度，对关键作业要安排技术干部现场监督和确认，确保作业安全，尤其是加强特殊时段和非正常操作管理，杜绝事故发生；3、以HAZOP分析为手段，对油田油气处理装置进行风险分析，查找工艺系统中存在的潜在隐患。（四）对压缩机系统进行系统检查1、针对此次天然气压缩机三级换热器集束箱制造工艺中存在的缺陷，联系有检测资质的专业部门，对两台天然气压缩机的焊接口进行探伤检测，根据检测报告结果，整改存在的安全隐患；2、打开2#压缩机机体，检查闪爆对机体和系统管线的影响，确认能否正常使用；3、1#压缩机在未做探伤检测及冰堵问题解决前，决定对其停用。七、处理意见依据《中国石油天然气股份有限公司生产安全事故责任管理人员处分暂行办法》（石油监[2008]195号）、《关于印发<青海油田公司生产安全事故管理办法>的通知》（石油青质安[2008]254号）有关规定，对王卫军等相关责任人拟提出以下处理意见：一、冷湖油田管理处处长王卫军、党委书记刘毅林是安全生产第一责任人，对此次事故负重要领导责任，给予王卫军同志降职处分，即由正处级职务降为副处级职务；给予刘毅林同志行政记大过处分，并一次性扣款10000元。二、冷湖油田管理处副处长、安全总监薛全武负责生产运行、设备管理和安全环保工作，对此次事故负主要领导责任，给予薛全武同志行政记大过处分，并一次性扣款10000元。建议：1、鉴于江钻股份武汉压缩机分公司制造的压缩机存有缺陷，建议集团公司开展排查，查明该企业生产的压缩机在中石油各企业使用状况，是否存在同样隐患；2、建议集团公司再次审查确认江钻股份武汉压缩机分公司（换热器）中石油供应商入网资格。结束语“1.01”事故为我们再次敲响了警钟，我们将牢记这次血的教训，进一步认清肩负的责任，增强紧迫感和使命感，毫不懈怠地抓好安全生产工作，以推进QHSE管理体系建设为主线，夯实安全环保管理基础，严格执行并细化反违章禁令，加强教育培训，狠抓责任落实，坚决扭转油田安全生产的被动局面，实现安全生产形势的明显好转。以上汇报不妥之处，敬请领导和各位代表批评指正！个人观点供参考，欢迎讨论