基于魚骨圖-層次分析法對離心泵泄漏事故致因的研究*

高建豐 周韶彤 何笑冬

1浙江海洋大學石化與能源工程學院

2臨港石油天然氣儲運技術國家地方聯合工程實驗室

離心泵是現代工業中常用的流體機械之一，廣泛應用在各個領域。離心泵主要由葉輪、泵體、泵蓋、擋水圈、泵軸、軸承、密封環和填料函組成[1]。在石油化工行業，離心泵泄漏現象時有發生，嚴重時還會造成重大事故，如：2004年6月，中國石化滄州分公司底泵發生泄漏，造成二次加工困難，影響了企業的效率；2010年5月，中國石油大港石化分公司第一聯合車間延遲焦化分餾部分柴油泵發生泄漏，導致工作無法繼續進行；2012年12月至2013年1月，中海煉化惠州煉化分公司油漿泵發生多次泄漏，污染嚴重。因此研究離心泵的泄漏發生原因對防止離心泵泄漏具有一定的意義。離心泵的泄漏由多方因素產生，各行業專家也給出了不同的分析。一些專家認為離心泵的汽蝕使得離心泵的葉輪以及蝸殼流道上出現麻點是離心泵發生泄漏的原因之一[2-3]；莊文建認為軸密封（可分為填料密封和機械密封）發生故障是產生泄漏的主要原因[4]；郭愛軍認為機械密封失效主要是由密封圈失效和動靜環失效引起的[5]；吳正軍認為摩擦副失效是產生離心泵泄漏事故最常見的原因[6]；陶胤強認為密封環間隙大小也會對離心泵造成影響，密封的間隙應當保持在0.25～1.10 mm之間[7]；郭艷麗認為填料松散、變質老化，機械密封失效，泵軸、軸套有裂痕，泵軸彎曲或軸線不正等均會產生周封泄漏嚴重[8]。各行業的專業人士對離心泵泄漏研究的成果顯著，但是并沒有對離心泵泄漏事故進行系統的安全評價分析。

本文根據離心泵泄漏事故的特點，在前人研究的基礎上，首先從人、機、環、管四個方面借助魚骨圖對離心泵泄漏事故進行定性分析，然后結合層次分析法對其進行定量分析。通過兩種方法的結合，找到事故發生的主要原因和次要原因，并提出合理建議。

1 離心泵泄漏事故評價指標體系建立

任何事故的發生都是由各種原因所導致的，當分析事故原因時，可將分析出的各種原因進行歸納總結，然后用簡單的文字和箭頭表示出來，這就是魚骨圖[9-11]。利用魚骨圖可以幫助人們直觀明了地了解事故發生的原因。當離心泵發生泄漏時，其蝸殼里的液體會進入其他區域，外界空氣也會進入，進而影響離心泵的正常運行，嚴重時還會引起事故，因而對離心泵泄漏事故產生的各種因素進行系統的分析具有一定的價值。為了確定離心泵泄漏事故的因素，收集分析了近幾年來各種輸油泵在日常工作中發生泄漏的情況，并仔細研究了相關國內外文獻以及相關標準，同時結合實際運行情況，從5個主因素和28個子因素來分析引發離心泵泄漏事故的原因。誘發離心泵泄漏事故的5個主因素和28個子因素魚骨圖見圖1。在圖1中，機械密封故障和填料密封故障是誘發離心泵泄漏事故的主要因素，這些因素在離心泵的運行中是很難完全避免的，只能通過采取一系列有效的措施減少其發生的可能性；結構泄漏和其本身的構造有關，可能在運行前就有問題但是沒有及時發現或者發現了沒有及時處理；而操作錯誤更側重于人的主觀因素，可以通過加強管理，改進操作，提高員工職業意識等一系列的方法來克服；有些因素具有多種狀況，所以將其歸于其他因素。

圖1 誘發離心泵泄漏事故的因素魚骨圖Fig.1 Fishbone diagram causing centrifugal pump accidents

2 泄漏事故誘因指標權重的確定

層次分析法是根據問題的性質和要達到的總目標將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按照不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型[12-14]。根據前文所得到的離心泵泄漏事故魚骨圖構建圖2所示的層次分析法的層次結構圖，然后利用MATLAB軟件進行相關權重計算，其中A層代表總目標，B層代表一級指標，C代表二級指標。

圖2 離心泵泄漏事故的層次結構圖Fig.2 Hierarchical structure diagram of centrifugal pump leakage accident

2.1 影響因素單層指標權重的計算

（1）構建判斷矩陣。根據離心泵泄漏事故的相關事例以及專家意見，構建判斷矩陣RAB。

（2）計算指標權重和一致性檢驗。計算準則層指標權重WB=（0.262 5，0.159 9，0.418 5，0.097 3，0.061 8） T，算得矩陣 A最大特征根λmax=5.068 1；計算一致性指標CI=0.017 0，進行一次性檢驗CR=0.015 2＜0.1。綜上所述，滿足一致性。由上述可見，機械密封故障權重最大，填料密封故障和結構密封故障次之。所以在生產過程中，為了保證離心泵的正常運轉，需要對離心泵的進口壓力以及輸送介質的溫度進行有效的控制，以避免發生汽蝕現象。同時為了防止事故的發生，應該加強對泵殼、軸承、泵軸和密封環的定期檢查和對失效原件的及時更換等工作，并加強對工作人員的培訓，提高其工作素養。

2.2 影響因素組合權重的計算

為了求解C層因素引起離心泵泄漏事故的組合權重，仿照上文中單層權重的計算方法，得到各子因素單層權重以及組合權重（表1）。根據表1所示，其中所有特征根λmax均得到驗證，滿足一致性要求。同時得到C14（動靜環失效）、C19（固定環轉動）這2個影響因素的組合權重均大于0.1，其影響的重要度相對比較大，主要是由于離心泵在長期的運行中彈性元件的壓縮造成的，以及離心泵預熱時動靜環出現裂紋，導致在運行過程失效。組合權重較大的還有C1（填料老化）、C20（滑動面失效）以及C2（填料松散）。因此在日常生產操作中，應該對離心泵運行狀況進行實時檢查，防止動靜環失效。對每套密封，無論是因為什么問題失效，都應該進行詳細的分析研究，并且記錄相關數據。當發現問題時需要及時進行處理，同時提高工作人員的專業知識，使其在操作時能夠充分考慮各種因素，不盲目操作。同時應該及時更換老化填料，消除摩擦引起的磨損和腐蝕引起的物件失效。

表1 C層評價指標的單層權重以及組合權重Tab.1 Single-layer weight and combination weight of C-level evaluation indicators

3 結束語

在離心泵泄漏事故中，機械密封故障出現的概率最大，所以在日常的運行維修過程中，應設計專門的檢查方案。同時離心泵泄漏事故的發生是人、機、環、管四個方面共同作用的結果，找到其影響因素的內在聯系也是避免事故發生的措施。魚骨圖和層次分析法在離心泵泄漏事故中聯合應用，對合理分析離心泵泄漏事故產生的復雜原因具有一定的意義，但此安全評價體系還有待于進一步優化。