陳杰

（中國鋁業(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#推進液故障跳停。事故造成1#、2#溶出機組悶罐達(dá)2.3小時。

1 事故調(diào)查

事故發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場對事故隔膜泵進行勘察確認(rèn)，Pd201隔膜泵右泵氮氣包插入法蘭靠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(biāo)準(zhǔn)件廠的產(chǎn)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(tǒng)設(shè)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(nèi)容，當(dāng)時檢修單位為十一冶，安裝時發(fā)現(xiàn)螺栓孔不對，氣割擴孔安裝。2016年，氧化鋁廠點檢員在現(xiàn)場檢查時發(fā)現(xiàn)該部位有1顆螺栓斷裂。經(jīng)點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，影響了停汽檢修進度，氧化鋁廠再次召開內(nèi)部分析會（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度等級等措施。該部位在短短半年時間接連發(fā)生螺栓斷裂事故，因為事故較小沒有達(dá)到上報上級主管部門的標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)象發(fā)生的原因分析：

（1）結(jié)構(gòu)及設(shè)計缺陷。

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

一般情況下，正確的螺栓預(yù)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(yù)緊螺栓引起應(yīng)力應(yīng)為320 ～448 MPa之間；10.9級螺栓屈服強度為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)計合理，不是導(dǎo)致此事故發(fā)生的原因。

（2）生產(chǎn)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(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幅度并不大。查看現(xiàn)場操作面板，噴料之前沒有壓力報警記錄。經(jīng)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(shù)據(jù)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(dāng)。因此排查事故的原因為生產(chǎn)壓力波動或異常振動。

（3）備件質(zhì)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(fā)生過斷裂，且無錫某廠一直為我公司提供高強螺栓，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(dǎo)致與其配合的插入法蘭在安裝時出現(xiàn)螺栓孔錯位現(xiàn)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(zhì)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(guī)則、法蘭面螺母接觸部位有熔焊高點，不規(guī)則的螺孔和熔焊點減少配合面積，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，由于個人所具備的檢修經(jīng)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(xiàn)場有2顆斷口呈錐形，原因為經(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，為安排例行緊固時扭矩要求不按規(guī)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(xiàn)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(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)局限于在本單位進行故障分析，應(yīng)積極上報和求助上級主管部門。

（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，避免長期、多次、大力緊固導(dǎo)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(cè)高壓區(qū)法蘭增加法蘭防護罩。

（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)及時上報上級主管部門，尋求上級部門配合解決。同時，規(guī)范重要設(shè)備的檢修。