高建豐 周韶彤 何笑冬

1浙江海洋大學(xué)石化與能源工程學(xué)院

2臨港石油天然氣儲運(yùn)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室

離心泵是現(xiàn)代工業(yè)中常用的流體機(jī)械之一，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。離心泵主要由葉輪、泵體、泵蓋、擋水圈、泵軸、軸承、密封環(huán)和填料函組成[1]。在石油化工行業(yè)，離心泵泄漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重大事故，如：2004年6月，中國石化滄州分公司底泵發(fā)生泄漏，造成二次加工困難，影響了企業(yè)的效率；2010年5月，中國石油大港石化分公司第一聯(lián)合車間延遲焦化分餾部分柴油泵發(fā)生泄漏，導(dǎo)致工作無法繼續(xù)進(jìn)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(fā)生多次泄漏，污染嚴(yán)重。因此研究離心泵的泄漏發(fā)生原因?qū)Ψ乐闺x心泵泄漏具有一定的意義。離心泵的泄漏由多方因素產(chǎn)生，各行業(yè)專家也給出了不同的分析。一些專家認(rèn)為離心泵的汽蝕使得離心泵的葉輪以及蝸殼流道上出現(xiàn)麻點(diǎn)是離心泵發(fā)生泄漏的原因之一[2-3]；莊文建認(rèn)為軸密封（可分為填料密封和機(jī)械密封）發(fā)生故障是產(chǎn)生泄漏的主要原因[4]；郭愛軍認(rèn)為機(jī)械密封失效主要是由密封圈失效和動(dòng)靜環(huán)失效引起的[5]；吳正軍認(rèn)為摩擦副失效是產(chǎn)生離心泵泄漏事故最常見的原因[6]；陶胤強(qiáng)認(rèn)為密封環(huán)間隙大小也會(huì)對離心泵造成影響，密封的間隙應(yīng)當(dāng)保持在0.25～1.10 mm之間[7]；郭艷麗認(rèn)為填料松散、變質(zhì)老化，機(jī)械密封失效，泵軸、軸套有裂痕，泵軸彎曲或軸線不正等均會(huì)產(chǎn)生周封泄漏嚴(yán)重[8]。各行業(yè)的專業(yè)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(jìn)行系統(tǒng)的安全評價(jià)分析。

本文根據(jù)離心泵泄漏事故的特點(diǎn)，在前人研究的基礎(chǔ)上，首先從人、機(jī)、環(huán)、管四個(gè)方面借助魚骨圖對離心泵泄漏事故進(jìn)行定性分析，然后結(jié)合層次分析法對其進(jìn)行定量分析。通過兩種方法的結(jié)合，找到事故發(fā)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(jià)指標(biāo)體系建立

任何事故的發(fā)生都是由各種原因所導(dǎo)致的，當(dāng)分析事故原因時(shí)，可將分析出的各種原因進(jìn)行歸納總結(jié)，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(fā)生的原因。當(dāng)離心泵發(fā)生泄漏時(shí)，其蝸殼里的液體會(huì)進(jìn)入其他區(qū)域，外界空氣也會(huì)進(jìn)入，進(jìn)而影響離心泵的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起事故，因而對離心泵泄漏事故產(chǎn)生的各種因素進(jìn)行系統(tǒng)的分析具有一定的價(jià)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(fā)生泄漏的情況，并仔細(xì)研究了相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，從5個(gè)主因素和28個(gè)子因素來分析引發(fā)離心泵泄漏事故的原因。誘發(fā)離心泵泄漏事故的5個(gè)主因素和28個(gè)子因素魚骨圖見圖1。在圖1中，機(jī)械密封故障和填料密封故障是誘發(fā)離心泵泄漏事故的主要因素，這些因素在離心泵的運(yùn)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(fā)生的可能性；結(jié)構(gòu)泄漏和其本身的構(gòu)造有關(guān)，可能在運(yùn)行前就有問題但是沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)或者發(fā)現(xiàn)了沒有及時(shí)處理；而操作錯(cuò)誤更側(cè)重于人的主觀因素，可以通過加強(qiáng)管理，改進(jìn)操作，提高員工職業(yè)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(fā)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(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法是根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按照不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型[12-14]。根據(jù)前文所得到的離心泵泄漏事故魚骨圖構(gòu)建圖2所示的層次分析法的層次結(jié)構(gòu)圖，然后利用MATLAB軟件進(jìn)行相關(guān)權(quán)重計(jì)算，其中A層代表總目標(biāo)，B層代表一級指標(biāo)，C代表二級指標(biāo)。

圖2 離心泵泄漏事故的層次結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Hierarchical structure diagram of centrifugal pump leakage accident

2.1 影響因素單層指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

（1）構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)離心泵泄漏事故的相關(guān)事例以及專家意見，構(gòu)建判斷矩陣RAB。

（2）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重和一致性檢驗(yàn)。計(jì)算準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)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(jì)算一致性指標(biāo)CI=0.017 0，進(jìn)行一次性檢驗(yàn)CR=0.015 2＜0.1。綜上所述，滿足一致性。由上述可見，機(jī)械密封故障權(quán)重最大，填料密封故障和結(jié)構(gòu)密封故障次之。所以在生產(chǎn)過程中，為了保證離心泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對離心泵的進(jìn)口壓力以及輸送介質(zhì)的溫度進(jìn)行有效的控制，以避免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。同時(shí)為了防止事故的發(fā)生，應(yīng)該加強(qiáng)對泵殼、軸承、泵軸和密封環(huán)的定期檢查和對失效原件的及時(shí)更換等工作，并加強(qiáng)對工作人員的培訓(xùn)，提高其工作素養(yǎng)。

2.2 影響因素組合權(quán)重的計(jì)算

為了求解C層因素引起離心泵泄漏事故的組合權(quán)重，仿照上文中單層權(quán)重的計(jì)算方法，得到各子因素單層權(quán)重以及組合權(quán)重（表1）。根據(jù)表1所示，其中所有特征根λmax均得到驗(yàn)證，滿足一致性要求。同時(shí)得到C14（動(dòng)靜環(huán)失效）、C19（固定環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)）這2個(gè)影響因素的組合權(quán)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(yùn)行中彈性元件的壓縮造成的，以及離心泵預(yù)熱時(shí)動(dòng)靜環(huán)出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致在運(yùn)行過程失效。組合權(quán)重較大的還有C1（填料老化）、C20（滑動(dòng)面失效）以及C2（填料松散）。因此在日常生產(chǎn)操作中，應(yīng)該對離心泵運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，防止動(dòng)靜環(huán)失效。對每套密封，無論是因?yàn)槭裁磫栴}失效，都應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，并且記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)需要及時(shí)進(jìn)行處理，同時(shí)提高工作人員的專業(yè)知識，使其在操作時(shí)能夠充分考慮各種因素，不盲目操作。同時(shí)應(yīng)該及時(shí)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(jià)指標(biāo)的單層權(quán)重以及組合權(quán)重Tab.1 Single-layer weight and combination weight of C-level evaluation indicators

3 結(jié)束語

在離心泵泄漏事故中，機(jī)械密封故障出現(xiàn)的概率最大，所以在日常的運(yùn)行維修過程中，應(yīng)設(shè)計(jì)專門的檢查方案。同時(shí)離心泵泄漏事故的發(fā)生是人、機(jī)、環(huán)、管四個(gè)方面共同作用的結(jié)果，找到其影響因素的內(nèi)在聯(lián)系也是避免事故發(fā)生的措施。魚骨圖和層次分析法在離心泵泄漏事故中聯(lián)合應(yīng)用，對合理分析離心泵泄漏事故產(chǎn)生的復(fù)雜原因具有一定的意義，但此安全評價(jià)體系還有待于進(jìn)一步優(yōu)化。