立式长轴泵振动致污水池闪爆事故分析

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Analysis of sewage tank explosion accident caused by vibrationof vertical long shaft pumpz HANG Guozhao(China Huanqiu Contracting& Engineering Corp.(Shanghai)，Shanghai 200032，China)Abstract：A sewage tank explosion which occurred during the trial run of vertical long shaft pump in a petrochemical corn-pany is presented.Based on investigation and analysis on the accident process and the scene of the accident，the reasons thatcaused the accident are found.Because of over-vibration of pump shaft，the high heat generated by the grinding between pumpshaft sleeves and sliding bearings lit the oil vapor and led tO a fire.The fire fled into the central area of the sewage tank and det-onated oil vapor，which caused the sewage tank explosion accident.Through the detailed description and analysis of the acci-dent and in the draw lessons from the accident，the selection and design of spacing and material of sliding bearing，flushing fluidpiping layout，installation quality and manufacturing quality for vertical long shaft pump are discussed，in order tO prevent theoccurrence of similar accidents。

Key words：Vertical long shaft pump；Sliding bearing；Flushing fluid；Sewage tank；Explosion立式长轴泵是指需要 3个或 3个以上支承点的单根轴或多根轴组成的串联轴系，它具有汽蚀性能好、占地空间孝启动前不需要灌泵等优点，在石化装置中多用于输送含有氧化铁皮、泥沙颗粒、油污的循环水或污水，使用介质温度小于 80℃，液固混合物中固体颗粒的体积分数不超过 10 [1 ]。尽管立式长轴泵是-种定型产品，其设计理论比较成熟，但也会由于导轴承的选用不当或在安装及制造中存在偏差，而导致泵轴在运行中发生振动，若振动严重超标，就有可能损坏零部件并导致设备的破坏。北方某石化公司在新建含油污水池进行含油污水输送泵单机试车过程中，就发生了-起由立式长轴泵泵轴严重振动引起的污水池爆炸事故。

1 事故经过及原因分析某施工单位现场确认外线各种工艺流程系统贯通并具备单机试车条件后，对装在含油污水池上的含油污水输送泵进行试车。操作工张某在试泵前进行了盘车，随后启动了此泵，当此泵运转 7 min左右，张某发现泵出现强烈振动，并伴有异常杂音，于是紧急停泵，但现臭急停泵按钮失效，无法现场停运。于是张某喊距其 20 m远处的刘某，让其去配电室停电，但刘某距配电室约 75 m，当刘某跑到配收稿 日期 ：2012-O6-19。

作者简介 ：张国钊(1979-)，男，山东济宁人，工程师，硕士，主要从事石油化工转动设备的工程设计和研究工作。

张国钊 立式长轴泵振动致污水池闪爆事故分析 · 51 ·电室通知把电停了且停电后不到 1 min，污水池就发生了闪爆，造成现场张某及其他人员不同程度的受伤。通过事故后对现厨行勘查分析 ，给 出了导致此次事故的主要原因。

由于污水中混有其他装置排放进来的污油，这些污油在污水池中形成了油膜漂浮于污水上层，且污油的温度较高，超过了其闪点，产生了污油蒸汽，所以污水池中有了可燃气体的存在，且已达到了爆炸极限。含油污水输送泵是立式长轴泵，泵轴较长并且是悬臂式的，运行时泵较易产生振动。由于振动超标，使泵轴套磨损非常严重，轴瓦全部破碎，泵轴套在运行中出现了过热高温情况；轴套和轴瓦研磨产生的高温，点燃了污油蒸汽，发生了着火，火源经泵轴下的区域窜入到污水池中部区域，引爆了中部的油气，致使污水池爆炸。

由分析可知，泵轴振动超标引起了轴承过度磨损是导致此次安全事故的最直接原因。因此，立式长轴泵滑动轴承的合理选用至关重要。

2 立式长轴泵滑动轴承的选用2.1 滑动轴承间距 的布置滑动轴承承担了泵在运转过程中产生的大部分径向载荷，限制轴系的径向自由度。滑动轴承磨损后，轴承间隙放大，直接引起叶轮和泵体密封环发生对磨，导致转子轴系不平衡量增大，轴挠性变大甚至弯曲，振动、噪声超标，叶轮口环发生研磨，最终泵发生故障 ]。因此，滑动轴承是立式长轴泵可靠性和运行寿命的主要控制因素。

合理选择滑动轴承之间的距离，对设备的可靠运行至关重要。如果此距离过大，会造成泵运行不平稳、振动大、噪声大等问题；若此距离过小，轴的支撑点设置就会增多，径向滑动轴承的数量就要增多。

虽然有些研究人员根据实践总结出-套计算轴承间距的方法I5]，但由于轴承支撑刚度难以计算准确，工程中通常按照标准 API610中的图 32来确定滑动轴承之间的距离[62。

2.2 滑动轴承材料的选用水润滑滑动轴承的材料很多，如铁梨木、塑料、赛龙、弹塑瓦、橡胶、陶瓷、石墨等，其性能和使用效果不-L7 。碳化硅、石墨是适用较广的立式长轴泵滑动轴承制作材料。

石化装置的污水中通常含有固体颗粒，这些颗粒会随着污水进入立式泵滑动轴承的间隙，使轴承产生严重的磨粒磨损，缩短轴承的使用寿命。含砂水磨实验表明，碳化硅摩擦副在砂水润滑条件下的摩擦因数较低，约 0.05～0.13，磨损量是石墨、橡胶、青铜等材料无法比拟的，表明碳化硅轴承对固体颗粒物的磨粒磨损有较好的适应性口引。但碳化硅的热膨胀系数较小，高温条件下，由于膨胀不均，碳化硅材料的轴套和轴衬会和与之配合的金属件间发生严重的松脱和胀紧现象，严重时轴套会被胀裂，轴承失去功能。

石墨种类较多，工程应用效果较好的是浸渍石墨〓渍石墨是以纯石墨为基体，通过浸渍某种材料填充基体空隙来改善石墨的力学性能。立式长轴泵轴承使用较多的石墨材料是呋喃石墨、酚醛石墨。

呋喃石墨的抗酸性和抗碱性比较优越，抗腐蚀能力较强；酚醛石墨的抗酸性较好，抗碱性稍差[13-14]。

石墨具有自润滑性，力学性能及加工特性良好，但石墨轴承耐磨粒磨损的能力较差，应避免固体颗粒物进人轴承。

用于污染雨水池、含油污水池、生活污水池中的立式长轴泵，若过滤装置能够保证介质中的固体颗粒无法进入泵中，则可选用石墨作为泵滑动轴承的材料。若介质中的固体颗粒无法过滤干净，就只能选用耐磨性较好的碳化硅作为轴承材料，以防止颗柳人滑动轴承而损坏轴承。

2.3 滑动轴承冲洗管线的设 置立式长轴泵在运转过程中，滑动轴承和轴套摩擦会产生大量的热，必须对滑动轴承进行充分的冷却和润滑。立式长轴泵通常有自冲洗和外冲洗 2种冲洗方式，见图 1。

电机联轴器出口管底座外冲洗管自冲洗管接轴部件支承管泵轴泵盖叶轮泵体滤网图 I 立式长轴泵结构示意· 52 · 化学工业与工程技术 20]2年第 33卷第 6期当输送介质不含固体颗粒时可采用 自冲洗方式，它是用被输送的清洁介质作为冲洗液，由泵出口管引出，经竖直向上的冲洗管路引向各个滑动轴承润滑孔，进而对滑动轴承进行冷却和润滑。但自冲洗会分流部分出口流量，为了满足工艺要求的出口流量，必须在大于额定点的流量外运转，因此扬程有所减小，效率降低。若介质中含有固体颗粒，必须采用外冲洗方式，外冲洗方式通常用引自系统外的清洁水作为冲洗液 。

滑动轴承的冷却和润滑系统分为串联供水系统和并联供水系统。串联供水系统是从泵上部填料函处接入冲洗液，顺支承管内依次往下流入到最后-个导轴承，最后从叶轮平衡孔或支承管的溢流口流出。由于冷却和润滑路线较长，冲洗液到达最后-个导轴承时，水温已上升较高，其冷却和润滑效果不好。因此，最好采取并联供水的方式，对每个轴承单独供水，确保冷却和润滑效果。

正确计算或选择冲洗液的压力和流量可确保滑动轴承的良好润滑。过大的冷却和润滑量可以满足滑动轴承工作的需要，但要牺牲泵的容积效率；过小的冷却和润滑量则会引起滑动轴承异常的磨损和温升，摩擦面被迅速破坏，轴系的支承作用降低，其后果是滑动轴承损坏，轴挠性变大甚至弯曲，最终泵发生故障。通常冲洗液的压力为 0.2～0.4 MPa，流量为0.3～0.6 m。/h[1 。冲洗液压力和用量的计算与选择可