危险环境下柴油机飞车风险

○ 文／Jogen Bhalla

危险环境下柴油机飞车风险

○ 文／Jogen Bhalla

引用并改编自Society of Petroleum Engineers，SPE索引号：136694-PP

近年来，油气、炼油行业爆炸事故屡有发生，导致了巨大的人身、财产损失和环境危害。BP的两次重大事故——2005年德州炼油厂爆炸事故、2010年墨●图1 卡车飞车引起的油库爆炸。来源：2009年10月，化学工艺安全中心（CCPS），AIChE西哥湾深水平台漏油和爆炸事故都与危险环境下柴油机飞车相关。

部分油气、石化企业，特别是处理可燃性气体和粉尘的工厂，应该系统地审查，避免可燃物质释放到大气中而造成危害。

认识危害

柴油机在油气生产、炼化行业都有着广泛的应用。在这些行业中，由于可燃性介质的存在，柴油机飞车的可能性较高。

随着炼油业的发展、油气田开采活动的增加，可燃性介质泄漏的可能性也进一步增加。炼油厂大修、扩建时需要使用大量柴油机，工作人员在使用柴油机的时候，如果没有采取安全防护措施，则会增加火灾、爆炸等意外事故发生的风险。

了解原因

如下是常见的引起柴油机超速的原因：

危险区域的维护工作 控制阀或安全阀泄漏设备故障 垫片失效/法兰泄漏操作人员失误 泵密封、阀门填料、连接件泄漏工艺设备超负荷工作 观察器爆裂自然灾害（如：地震） 电气故障油气喷发 腐蚀引起的细孔工厂试机 仪表调试问题管道损坏/泄漏 金属疲劳

柴油机飞车

飞车是指柴油机因吸入过多外部燃料而失去控制，常规的停机方法无法使柴油机停止运转。此时，最有效的方法是在柴油机进气位置安装空气切断系统。

柴油机转速的监控主要靠两部分实现：1）由燃料系统控制进入柴油机的燃料量；2）内部转速监测。当周围环境中出现额外燃料源，如易燃气体时，柴油机可能会吸入这些额外的燃料导致超速的发生。常规的停机仅仅是关断了柴油机正常燃料源，实际上柴油机仍然会因外部额外燃料源的吸入而继续运转。

●图2 常见四缸柴油机进气系统

在油气生产及炼化过程中，很多设备都是由柴油机驱动的，为防止飞车，如下应用的柴油机须安装保护装置：

·固定设备：天然气压缩机柴油机，发动机，泵站

·移动设备：叉车、吊车

·油服设备：钻机

·辅助钻井设备：反铲挖掘机、装载机、挖土机、滑移装载机、移动发电机、泵系统、挖沟机碾压设备、灯塔

·焊接设备车：高空作业平台、工业铲车及其他类似设备

·应急车辆：特种消防车、救护车

·由柴油机驱动的其他车辆：小货车、垃圾运输车、真空吸污车、环境清洗车辆、油罐车、产品运输车、泵系统

柴油机厂家及专家推荐的飞车控制方式

大多数柴油机生产厂家及经销商在柴油机上配备进气切断装置作为必选或可选项。而柴油机进气切断系统生产厂家可以根据不同的柴油机机型提供速度传感器、速度开关、进气切断阀以及成套安装附件。如图4中所示，一套自动超速保护系统监测着柴油的机实时转速，一旦柴油机转速达到设定值，该系统即触发进气切断阀关闭，从而防止柴油机发生超速。

自动超速保护系统有如下几种配置

·电控，带手动装置

·气控，带手动装置

·液控-机械联合控制，带手动装置

手动超速保护系统有如下几种配置

·手动控制电路系统

·手动控制气路系统

·手动线缆控制系统

手动超速保护系统如图5所示，通常安装在小型柴油机上，当危险发生时，由操作人员触动手动开关关闭进气切断阀。

行业推荐规范

API、ISO和其它相关的国际标准中都提到，为了防止柴油机超速，任何有可能吸入可燃性物质的柴油机都需安装超速保护系统。在距离井口23米或者油气井钻井、服务工作过程中的柴油机需配有进气切断装置和干式离心火星熄灭器。

●图3 2005年BP德州炼油厂爆炸事故及；2010年墨西哥湾海洋平台爆炸事故。

●图4 带手动控制的自动超速关断系统。

●图5 电动转气动进气切断系统（带手动操作）

在API区域划分指南中规定，在炼油、石化等工厂，距离（电气上）Class I, Division 2区域7.6米（25英尺）以内工作的柴油机应加装超速保护系统及火星熄灭器。

柴油机排气系统加装火星熄灭器的作用是防止燃烧后产生的火星排到排气系统尾部开放端或者进入大气中。火星熄灭器的主要缺点是容易积碳，如果不及时清理，可能导致发动机功率损耗或者过热。此外，火星熄灭器价格昂贵且容易损坏。即便如此，在特殊工况（如海洋平台）下，为安全起见，柴油发动机需安装火星熄灭器。

美国及现有国际规范

目前，关于柴油机超速保护已经有很多规范和标准，比如：

·MMS: 30 CFR 250.510, 250.610和250.803(b)(5)(ii) 海工柴油机

·MSHA: 规范30CFR 36, 段落V(E) 1985

·OSHA 2007 石油炼油工艺安全管理国家重点项目 A-53页 电动设备

·NFPA 37-固定内燃机和燃气轮机的安装和使用

·API RP 54-钻修井作业中职业安全的推荐作法

·API RP 2001-4.2.10

·Cal OSHA加利福尼亚州 14分章-石油安全规范-钻井和生产第5条 钻井和修井机械及设备

·美国海岸警卫队-58.10-15

·ISO 3046-6; 1990

·API RP 2219-石油服务领域真空吸污车的安全操作规范

·欧洲- EEMUA-107 潜在可燃性环境中柴油机操作规范

·美国核管理委员会。