隔膜泵噴料事故的分析

陳杰

（中國鋁業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噴料現象，噴出的物料造成Pd102隔膜泵控制線路故障，并導致Pd102隔膜泵左3#推進液故障跳停。事故造成1#、2#溶出機組悶罐達2.3小時。

1 事故調查

事故發生后，經現場對事故隔膜泵進行勘察確認，Pd201隔膜泵右泵氮氣包插入法蘭靠Pd102泵側，連續6根螺栓發生斷裂，法蘭與底座密封失效，從而導致物料外泄。從現場看，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。從現場螺栓斷口看，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級雙頭螺栓固定（所用的螺栓是無錫市標準件廠的產品），插入法蘭與氮氣包底座通過一件85＊105＊15mm夾布橡膠墊圈進行密封。螺栓和墊圈是2016年檢修時安裝的新件。

2 歷史檢修記錄及維護情況

通過子系統設備查閱檢修記錄（表1）及維護情況（表2），2013年進行氮氣包底座磨損更換，2014年更換4個進料集管，其中包含插入法蘭和方座的更換內容，當時檢修單位為十一冶，安裝時發現螺栓孔不對，氣割擴孔安裝。2016年，氧化鋁廠點檢員在現場檢查時發現該部位有1顆螺栓斷裂。經點檢員跟蹤檢修過程檢查發現，原插入法蘭螺栓孔經擴孔后螺栓孔偏大，之后安排工服更換插入法蘭。2016年7月份開始，陸續出現第2次、第3次螺栓斷裂現象，氧化鋁廠內部組織分析，認為此現象是由螺栓松動引起，并相繼采取了增加螺栓墊片、定期緊固等措施。2016年8月發生第4次斷裂，影響了停汽檢修進度，氧化鋁廠再次召開內部分析會（相關分析內容在該次停汽檢修總結內體現），并采取了提高螺栓強度等級等措施。該部位在短短半年時間接連發生螺栓斷裂事故，因為事故較小沒有達到上報上級主管部門的標準，造成問題沒能及時解決。

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

造成氮氣包底座法蘭螺栓斷裂現象發生的原因分析：

（1）結構及設計缺陷。

經計算，8.8或10.9級M27高強螺栓在正確的螺栓預緊力及正常工作壓力狀態下，不會被拉斷。螺栓強度校核見下表：

一般情況下，正確的螺栓預緊力為屈服強度的0.5～0.7倍。而8.8級螺栓屈服強度為640MPa，即預緊螺栓引起應力應為320 ～448 MPa之間；10.9級螺栓屈服強度為900MPa，即預緊螺栓引起應力應為450 MPa～630 MPa之間。螺栓承受的總應力為：預緊應力+內壓應力。

由此推斷該結構及設計合理，不是導致此事故發生的原因。

（2）生產壓力波動及異常振動。

Pd201正常工作壓力約為60±3bar，安全閥整定壓力78bar。通過查閱主控室監控電腦的歷史曲線，發現事故發生前后隔膜泵的出口壓力波動幅度并不大。查看現場操作面板，噴料之前沒有壓力報警記錄。經對比Pd102、Pd201溶出隔膜泵左、右泵出口氮氣包底座上對稱4顆螺栓的振動值，數據表明Pd201泵右泵出口氮氣包底座緊固螺栓位置振動值與Pd102相當。因此排查事故的原因為生產壓力波動或異常振動。

（3）備件質量缺陷。

用在此位置不同批次的8.8級螺栓、10.9級螺栓均發生過斷裂，且無錫某廠一直為我公司提供高強螺栓，質量穩定，因此螺栓質量問題可以排除。

2013年更換的氮氣包底座有螺栓孔不均布和法蘭螺栓孔與法蘭頸部空間不足的問題。氮氣包底座螺栓孔不均布導致與其配合的插入法蘭在安裝時出現螺栓孔錯位現象，為了安裝到位采取氣割擴孔修整的方法安裝就位。由于采用氣割擴孔，法蘭面修整不平整，存在熔焊點，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，緊固時無法使用敲擊扳手或扭矩扳手進行緊固，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）檢修質量原因。

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

檢修人員未使用扭力扳手按規定扭矩緊固螺栓，而使用開口扳手敲擊緊固，由于個人所具備的檢修經驗或技能各不相同，緊固螺栓時所使用的力度也會不一樣，法蘭螺栓勢必存在受力不均勻的情況。另一方面，現場有2顆斷口呈錐形，原因為經過形變后由外向里產生裂紋，最后在螺栓中央區域發生斷裂，可以認定為這2顆螺栓因受力超過其屈服應力而產生塑性變形，最終發生斷裂，為安排例行緊固時扭矩要求不按規定緊固所致。

綜上分析，事故的直接原因為螺栓松動，造成各螺栓受力不均，先后出現斷裂。間接原因為法蘭與底座螺栓孔同心度有偏差，為了安裝而進行氣割擴孔，導致螺栓預緊力不均勻，出現斷裂。

4 改善措施

（1）大型設備發生重復故障后，各單位不應局限于在本單位進行故障分析，應積極上報和求助上級主管部門。

（2）工服公司負責制定隔膜泵螺栓緊固標準作業卡，避免長期、多次、大力緊固導致螺栓受損傷。

（3）禁止對所有中高壓法蘭螺栓孔使用氣割擴孔。

（4）料漿側高壓區法蘭增加法蘭防護罩。

（5）結合單向閥例檢，安排螺栓定期緊固工作（季度）。

5 結語

核心重要的設備出現異常后，分廠內部應及時組織分析，積極采取措施整改，如整改后仍重復出現，應及時上報上級主管部門，尋求上級部門配合解決。同時，規范重要設備的檢修。