隔膜泵噴料事故的分析

陳杰

（中國(guó)鋁業(yè)廣西分公司裝備能源部，廣西 百色 531400）

2016年,某氧化鋁廠溶出車間一期Pd201隔膜泵的右泵出口出現(xiàn)噴料現(xiàn)象，噴出的物料造成Pd102隔膜泵控制線路故障，并導(dǎo)致Pd102隔膜泵左3#推進(jìn)液故障跳停。事故造成1#、2#溶出機(jī)組悶罐達(dá)2.3小時(shí)。

1 事故調(diào)查

事故發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)事故隔膜泵進(jìn)行勘察確認(rèn)，Pd201隔膜泵右泵氮?dú)獍迦敕ㄌm靠Pd102泵側(cè)，連續(xù)6根螺栓發(fā)生斷裂，法蘭與底座密封失效，從而導(dǎo)致物料外泄。從現(xiàn)場(chǎng)看，所有螺栓斷裂部位基本都處在與螺母配合的第一圈螺紋處。從現(xiàn)場(chǎng)螺栓斷口看，有4顆螺栓斷口平齊，另2顆斷口呈錐形。

插入法蘭由8顆M27＊140 10.9級(jí)雙頭螺栓固定（所用的螺栓是無錫市標(biāo)準(zhǔn)件廠的產(chǎn)品），插入法蘭與氮?dú)獍鬃ㄟ^一件85＊105＊15mm夾布橡膠墊圈進(jìn)行密封。螺栓和墊圈是2016年檢修時(shí)安裝的新件。

2 歷史檢修記錄及維護(hù)情況

通過子系統(tǒng)設(shè)備查閱檢修記錄（表1）及維護(hù)情況（表2），2013年進(jìn)行氮?dú)獍鬃p更換，2014年更換4個(gè)進(jìn)料集管，其中包含插入法蘭和方座的更換內(nèi)容，當(dāng)時(shí)檢修單位為十一冶，安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)螺栓孔不對(duì)，氣割擴(kuò)孔安裝。2016年，氧化鋁廠點(diǎn)檢員在現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)該部位有1顆螺栓斷裂。經(jīng)點(diǎn)檢員跟蹤檢修過程檢查發(fā)現(xiàn)，原插入法蘭螺栓孔經(jīng)擴(kuò)孔后螺栓孔偏大，之后安排工服更換插入法蘭。2016年7月份開始，陸續(xù)出現(xiàn)第2次、第3次螺栓斷裂現(xiàn)象，氧化鋁廠內(nèi)部組織分析，認(rèn)為此現(xiàn)象是由螺栓松動(dòng)引起，并相繼采取了增加螺栓墊片、定期緊固等措施。2016年8月發(fā)生第4次斷裂，影響了停汽檢修進(jìn)度，氧化鋁廠再次召開內(nèi)部分析會(huì)（相關(guān)分析內(nèi)容在該次停汽檢修總結(jié)內(nèi)體現(xiàn)），并采取了提高螺栓強(qiáng)度等級(jí)等措施。該部位在短短半年時(shí)間接連發(fā)生螺栓斷裂事故，因?yàn)槭鹿瘦^小沒有達(dá)到上報(bào)上級(jí)主管部門的標(biāo)準(zhǔn)，造成問題沒能及時(shí)解決。

表1 歷史檢修記錄

表2 2016年螺栓定期緊固記錄

3 原因分析

造成氮?dú)獍鬃ㄌm螺栓斷裂現(xiàn)象發(fā)生的原因分析：

（1）結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)缺陷。

經(jīng)計(jì)算，8.8或10.9級(jí)M27高強(qiáng)螺栓在正確的螺栓預(yù)緊力及正常工作壓力狀態(tài)下，不會(huì)被拉斷。螺栓強(qiáng)度校核見下表：

一般情況下，正確的螺栓預(yù)緊力為屈服強(qiáng)度的0.5～0.7倍。而8.8級(jí)螺栓屈服強(qiáng)度為640MPa，即預(yù)緊螺栓引起應(yīng)力應(yīng)為320 ～448 MPa之間；10.9級(jí)螺栓屈服強(qiáng)度為900MPa，即預(yù)緊螺栓引起應(yīng)力應(yīng)為450 MPa～630 MPa之間。螺栓承受的總應(yīng)力為：預(yù)緊應(yīng)力+內(nèi)壓應(yīng)力。

由此推斷該結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)合理，不是導(dǎo)致此事故發(fā)生的原因。

（2）生產(chǎn)壓力波動(dòng)及異常振動(dòng)。

Pd201正常工作壓力約為60±3bar，安全閥整定壓力78bar。通過查閱主控室監(jiān)控電腦的歷史曲線，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生前后隔膜泵的出口壓力波動(dòng)幅度并不大。查看現(xiàn)場(chǎng)操作面板，噴料之前沒有壓力報(bào)警記錄。經(jīng)對(duì)比Pd102、Pd201溶出隔膜泵左、右泵出口氮?dú)獍鬃蠈?duì)稱4顆螺栓的振動(dòng)值，數(shù)據(jù)表明Pd201泵右泵出口氮?dú)獍鬃o固螺栓位置振動(dòng)值與Pd102相當(dāng)。因此排查事故的原因?yàn)樯a(chǎn)壓力波動(dòng)或異常振動(dòng)。

（3）備件質(zhì)量缺陷。

用在此位置不同批次的8.8級(jí)螺栓、10.9級(jí)螺栓均發(fā)生過斷裂，且無錫某廠一直為我公司提供高強(qiáng)螺栓，質(zhì)量穩(wěn)定，因此螺栓質(zhì)量問題可以排除。

2013年更換的氮?dú)獍鬃新菟撞痪己头ㄌm螺栓孔與法蘭頸部空間不足的問題。氮?dú)獍鬃菟撞痪紝?dǎo)致與其配合的插入法蘭在安裝時(shí)出現(xiàn)螺栓孔錯(cuò)位現(xiàn)象，為了安裝到位采取氣割擴(kuò)孔修整的方法安裝就位。由于采用氣割擴(kuò)孔，法蘭面修整不平整，存在熔焊點(diǎn)，減少了螺母與法蘭的接觸面積，造成螺栓受力不均。螺栓孔與法蘭頸部空間不足，緊固時(shí)無法使用敲擊扳手或扭矩扳手進(jìn)行緊固，只能使用開口扳手緊固，易使扭矩不均勻，造成螺栓受力不均。

（4）檢修質(zhì)量原因。

2016年更換新的插入法蘭時(shí)，參照2013年的方式，工服公司也對(duì)新法蘭進(jìn)行了氣割擴(kuò)孔處理，氣割過的孔大、不規(guī)則、法蘭面螺母接觸部位有熔焊高點(diǎn)，不規(guī)則的螺孔和熔焊點(diǎn)減少配合面積，從而導(dǎo)致螺栓受力不均，容易發(fā)生位移使緊固失效。

檢修人員未使用扭力扳手按規(guī)定扭矩緊固螺栓，而使用開口扳手敲擊緊固，由于個(gè)人所具備的檢修經(jīng)驗(yàn)或技能各不相同，緊固螺栓時(shí)所使用的力度也會(huì)不一樣，法蘭螺栓勢(shì)必存在受力不均勻的情況。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)有2顆斷口呈錐形，原因?yàn)榻?jīng)過形變后由外向里產(chǎn)生裂紋，最后在螺栓中央?yún)^(qū)域發(fā)生斷裂，可以認(rèn)定為這2顆螺栓因受力超過其屈服應(yīng)力而產(chǎn)生塑性變形，最終發(fā)生斷裂，為安排例行緊固時(shí)扭矩要求不按規(guī)定緊固所致。

綜上分析，事故的直接原因?yàn)槁菟ㄋ蓜?dòng)，造成各螺栓受力不均，先后出現(xiàn)斷裂。間接原因?yàn)榉ㄌm與底座螺栓孔同心度有偏差，為了安裝而進(jìn)行氣割擴(kuò)孔，導(dǎo)致螺栓預(yù)緊力不均勻，出現(xiàn)斷裂。

4 改善措施

（1）大型設(shè)備發(fā)生重復(fù)故障后，各單位不應(yīng)局限于在本單位進(jìn)行故障分析，應(yīng)積極上報(bào)和求助上級(jí)主管部門。

（2）工服公司負(fù)責(zé)制定隔膜泵螺栓緊固標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡，避免長(zhǎng)期、多次、大力緊固導(dǎo)致螺栓受損傷。

（3）禁止對(duì)所有中高壓法蘭螺栓孔使用氣割擴(kuò)孔。

（4）料漿側(cè)高壓區(qū)法蘭增加法蘭防護(hù)罩。

（5）結(jié)合單向閥例檢，安排螺栓定期緊固工作（季度）。

5 結(jié)語

核心重要的設(shè)備出現(xiàn)異常后，分廠內(nèi)部應(yīng)及時(shí)組織分析，積極采取措施整改，如整改后仍重復(fù)出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)上級(jí)主管部門，尋求上級(jí)部門配合解決。同時(shí)，規(guī)范重要設(shè)備的檢修。