液氧泵事故.doc

VP7240/6L型液氧泵，材质为铜和不锈钢；迷宫密封；电机功率144kW、转速3275r/min；是为2800m3/h空分设备配套的进口机组。2000年1月投产。
1 事故经过
2003年4月14日操作工在记录18：00报表时，发现P01液氧泵电机轴承温度有上升趋势。18：1l当班组长请求总调度室切换液氧泵，此时轴承温度已达到报警值95℃。18：34 P01液氧泵自动联锁跳车，而且起火。立即紧急扑救。事后检查发现液氧泵轴承上有电机燃烧时留下的粘稠黑色胶状物，冷箱内外也因为燃烧和后来的救火工作而残留有大量污渍。
推断是由于P01液氧泵电机轴承抱死而引起电机起火并燃烧，最终导致P01液氧泵迷宫密封全部烧坏，已经不能正常使用。
    空分车间立即对液氧泵进行修复，电气车间积极解决备件，并迅速将组装好的新电机运抵现场。
    2003年4月17日16：00，将液氧泵与电机组装、检修合格后交付使用。操作工对液氧泵进行吹除、加温、预冷等工作，准备试车投用。20：16：04进口阀开启l％，试液氧泵电机正反转。当确认正转后，20：16：13给液氧泵输入负荷20％；再逐渐加到50％、70％；
20：16：3l输入负荷90％。此时液氧泵又起火了。20：16：44停运液氧泵、关进口阀，数秒内迅速完成阀门处理。现场火焰有2.3m高，火光冲天，在消防官兵的帮助下，费时20min才将火势控制住。
2 事故损失
    事故损失情况：液氧泵进口处不锈钢钢丝软管完全烧坏；不锈钢进口(与泵连接处)弯头烧穿；泵中间体上氧进口至排气口之间外圆面较短弧面烧伤；泵壳体外罩内侧氧进口至排气口之间较短弧面严重烧坏；液氧泵的中间体与第一级导流器之间四氟骨架密封圈烧坏；第一级导流器与第二级导流器间O型圈炭化粉碎；筒体上部排气接头前后均烧坏，且接头后断裂；回流阀KV7704接线盒完全烧坏，密封阀橡胶罩完全烧掉；液氧泵冷箱内有大面积烧伤痕迹，局部冷箱钢板有多处裂纹；液氧泵整体损坏，价值226.7万元；144kW进口电机烧坏，价值14.8万元。另外，不锈钢阀门、法兰及管道接头损失。约价值3万元；灭火器约价值2万元；冷箱清洗剂、补焊花费约l万元。合计损失约250.5万元。
3 事故原因
    两次事故定性为重大设备事故。
3.1 4月14日事故原因
    电机的轴承损坏导致轴承温度快速升高，使电机发生抱死现象，而此时电机仍要运转却转不动，这就引起了电机漆包线的过流、过热现象并导致电机线圈起火。但普通的电机起火并没有这些事故那么严重。根据事后从液氧泵迷宫密封全部烧坏的现象来判断，可能在事故发生时现场还有液氧或气氧泄漏，泄漏部位可能在液氧泵迷宫密封、液氧进出口不锈钢胶织软管和周围阀门接头等处，所以导致电机和液氧泵燃烧。
3.2 4月17日事故原因
    先后共组织有关单位召开了3次事故分析会，最后确认：事故由液氧泵电机轴承质量问题引起。
    液氧泵的第一台新电机2002年11月lO日投用，2003年4月14日发生故障，半年即发生电机负荷端轴承烧毁并引起电机起火事故。另一台液氧泵的新电机于2003年5月24日投用，2003年7月11日(运行约1.5个月)即发生液氧泵轴承温度急剧升高和卡涩现象(盘不动车)，被迫停运、更换轴承。为避免类似事故的再次发生，同时根据双方签订的协议，制造厂家免费再提供液氧泵及电机；另外保证所选用的润滑脂的保质期和所提供的轴承的质量。
4 防范措施
    这两次液氧泵电机起火事故，虽然只造成液氧泵、电机、接头、管道及密封等损坏。但若发现不及时或处理不当，将会引发整个精馏系统大爆炸，后果不堪设想。应从以下几个方面加强防范措施和吸取教训，以避免类似事故的再次发生。
    (1)要认真检查液氧泵电机轴承质量；物理性质、窜量的测量、热处理、材质化验及质保体系，选购有国际认证的轴承。
    (2)经常检测引进设备运行状态；设备振动状况和电机轴承温度(用红外线测温仪)，并记录。
    (3)液氧泵周围要定时检测有无氧泄漏、空气中氧浓度是否超标，发现问题及时处理，杜绝跑、冒、滴、漏现象，防燃防爆。
    (4)将液氧泵列入重点监护设备，两台液氧泵定期切换使用，按计划安排泵的大、中、小修。检查轴承，定期更换轴承脂，从而避免类似事故发生。液氧、气氧的设备和管道要严格脱脂、检验和验收。
    (5)安装液氧泵电机加热器支架，用百分表找正。确保水平在误差范围内，防止电机与液氧泵连接偏轴，从而过早磨损迷宫密封而产生泄漏。同时要求记录设备档案，施工人员签字、领导签字，有层层责任制考核。
    (6)对机器设备操作时，必须严格执行操作规程。认真检查、认真巡查、发现问题及时处理。切实增强工作责任心，努力提高专业技术素质，掌握应知应会的安全技术知识。
    (7)安装燃烧报警装置和燃烧自动消防系统，现场配备大容量消防器材。
    (8)制造厂、科研院所应当积极开展科学研究，采用新技术、新材料；在液氧泵设备易燃易爆处安装状态检测燃爆报警自救系统，避免重大恶性事故发生。
5 结束语  
    采取相应的防范措施后，在两年多的运行中，虽然液氧泵也有过轴承温度升高的现象，但操作人员吸取以往的教训，迅速切换液氧泵，停车检查，最终使设备平稳运行。
    事故之后，车间还配备了红外线测温仪、自动氧气分析仪等新型检测设备，经常对设备现场检测，发现问题及时解决，力求事故发生率保持为零。设备一直处于最佳运行状态，至今没有出现过类似事故。工作效率也有很大提高，车间跑、冒、滴、漏的现象大有改进。
1、基本情况
1．1． 事故发生时间：2003-04-17，20：16：30
1．2． P01液氧泵主要参数： 生产厂家： Cryostar 7级加压，最高排压：6．5Mpa 运转速度：3200r／min 运行时间；从2001年至今记录累计运行12540小时
1．3． 事故发生过程： 2003-04-14晚6点半左右，操作人员发现液氧泵电机轴承温度迅速上升，即向总调度报告，但未等到回复前，轴承温度已超过跳闸的界限，并已看到电机已冒火，消防队员赶到现场，立即把火扑灭。经检查电机承重端下面的轴承骨架已烧坏，滚珠烧熔化，绝缘层也烧坏。淮化厂方立即要求我公司通知和邀请Cryostar专家到现场处理。当被告知因中国有SARS传染，需3个星期后再来时，淮化就自己将备用电机和轴承换上，于2003-04-16加温、预冷。当时发现密封气压力封不住氧气压力，轴承温度迅速下降，怀疑是密封间隙过大，因此排掉液体，再加温处理12小时，至2003-04-17上午再将电机卸掉，并将泵芯吊出、解体检查。检查发现果然是迷宫密封已磨损，而使间隙过大(这也许就是电机轴承烧坏的原因之一 )。然后换上全新轴承套和密封件，换上的全部零部件都用无水酒精脱脂，组装后吊入，重新加温3．2小时，预冷2小时并核实正反转正确后按正常启动程序命令加速，大约40秒后突然听到“轰”的一声闷响。然后看到火光，现场人员告诉说液氧泵着火了。于20：16：44停泵，并立即组织扑救，至20：39：33将火全部扑灭，燃爆过程的仪表记录见复印件。 这次液氧泵燃爆后幸好紧急切断阀能及时切断，并且阀门的质量可靠，没有泄漏，扑救也及时，火势得到控制，如果紧急切断阀不能及时切断或稍有泄漏，后果不堪设想。
2、损坏情况 2．1．泵进口处编织软管烧毁。 2．2．与泵连接的液体进口弯头烧穿。 2．3．泵中间体氧进口至排气口之间外圆面烧损。 2．4．泵壳体外罩的内侧面从氧进口至排气口之间严重烧损。2．5．泵中间体与第一级导流器之间聚四氟乙烯密封圈烧坏。2．6．第一级导流器与第二级导流器之间“O”型圈烧成碳化。 2．7．泵壳排气口接管接头前后均烧坏，接管烧穿。 2．8．回流阀KV7704接线盒完全烧坏，橡胶罩破裂烧毁。2．9．泵冷箱内有大面积烧伤，局部还有裂纹。 具体可看如下照片：
3、分析液氧泵燃爆后淮化技术人员试着分析事故原因，有的说因软管最薄弱，先爆裂然后引起燃烧，火从进口向排气方向扩展；有的说是排气口先炸后燃烧，一直烧向进口方向，直至软管烧毁；也有人认为泵内没有可燃物质，是泵外先燃再引起液氧泵爆炸，众说不一。我们于2003-04-20上午到现场。进现场调查和两次分析会得出如下结论。
3.1.首先肯定过程是先燃后爆：如果是先爆则爆炸有二种情况：一种是物理爆炸，另一种是化学爆炸。物理爆炸一般有一个仪表可以记录的升压过程，但仪表没有超压的记录。化学爆炸的速度极高，有可能仪表来不及反映，但这样的爆炸一定有爆炸的碎片，并断口齐平。断口同主应力方向垂直，断口处可见金属本体颜色，而现场检查没有任何碎片，断口处只能看到覆盖着的氧化层，可参看照片复印件。另外如果是超压爆炸，则爆炸的能量是很大的。对进口管其爆破压力： Pb管pipe=2Sσb/D=2×4×485/65=67.15MPa 爆破能量： Eb管pipe=2.5Pb管pipe×V[1-(1/Pb管pipe)0.2857] ×98.1=55616kj （相当于11公斤TNT**的爆炸能量）。对波纹管爆破压力： Pb波pipe=(5～10)Pw=10～20MPa Eb波pipe=2.5Pb波pipe×V[1-(1/Pb波pipe)0.2857] ×98.1=7257～8854kj （也要相当于1.47～1.78公斤TNT**爆炸的能量）。这样大的爆炸能量释放不可能让冷箱盖完好无损，而仅仅是一只阀门的橡胶罩爆破。从进口管断口处管壁减薄情况来看，断口处管壁有一个明显减薄过程见下图： 由此可以判断管道内部先燃烧，当金属温度升到某一值，金属强度降低到不能承受系统压力（进口系统有一定的液柱压力）时，管道被涨裂爆破，这样的爆炸其释放的能量不会太大。
3.2.燃爆是从泵体环隙中某一位置开始向二边沿伸扩展 a 几个通道面积的比较 泵外壳同中间体之间的间隙：2.5×160=400 mm2 进泵管口 π×652/4=3316 mm2 排气管口 π×33.72/4=892 mm2 b 从燃烧的严重程度比较假定燃烧掉的部分都是从低温烧至熔点熔化掉，那么燃烧的能量大小可以作为燃烧严重程度和燃烧先后的判断。 将燃烧区域分成三部分： Ⅰ泵体内部 ： 燃烧能量 Q1=Σm1Cp1△t1 Ⅱ软管至进口管：燃烧能量Q2=Σm2Cp2△t2 Ⅲ排气管至回流阀：燃烧能量Q3=Σm3Cp3△t3 为了比较的便利，假设不锈钢、铜的比重、比热和熔点都相近，则有 Cp1≈Cp2≈Cp3 γ1≈γ2≈γ3 △t1≈△t2≈△t3 因此三部分燃烧能量比较就化为燃烧掉的三部分体积的比较，即 Q1=KΣV1 Q2=KΣV2 Q3=KΣV3 [注]以上对烧熔掉体积的计算比较粗糙，因为严格的测量需要专门工具和特殊的方法，但对问题的分析还是有效的。 泵体内部（包括泵体外壳内壁和中间体外表面）燃烧掉的体积，见下图： 泵体外壳内壁 55×370×5=101750mm3 中间体外表面50×10×5=2500mm3 25×40×6=6000mm3 25×8×2.5=500mm3 还有几个大小不等的小坑。 ∑V1=101750+2500+6000+500+…...≈110750mm3 软管和进口管燃烧掉的体积见照片复印件。软管全熔化：πDLS×2=π×90×300×0.2×2×2=67858mm3 （假定波纹管为0.2mm厚的二层管，编织网算加倍）进口管菱形孔40×25×4=4000mm3 ∑V2=67858+4000=71858mm3 ∑V3较难估计，但明显的要小于前二者，因此得到: Q1＞Q2＞Q3 由三部分的阻力和燃烧能量大小可以估计燃烧方向： Ⅲ→Ⅱ→Ⅰ × Ⅱ→Ⅰ→Ⅲ × Ⅱ←Ⅰ→Ⅲ √ 最有可能的是燃烧首先从泵内环隙处发生，然后向两边扩展。
3.3.燃烧点 我们在泵外壳内壁燃烧掉的那块面积上靠近排气口90-100mm处有二个最深的烧损坑，一个是Φ10深8mm的圆坑，另一个是深9mm，大小是10mm×5mm的长圆坑，估计燃烧最有可能首先在这里发生，后又在这部位发现像蝴蝶形状向两边喷发的烧损痕迹，就更加认定这里就是着火点。以上3点分析结论得到淮化技术人员的认同。
4.关于可燃物和点火能源 根据燃烧三条件，除了液氧泵内有充分的氧之外，还应有可燃物和点火能源。但经现场仔细检查，找不到能提供存在碳氢化合物等可燃物的充分依据，只是提出几个碳氢化合物等可燃物存在的可能性。
4.1.这次泵在开车前因怀疑迷宫密封间隙过大,对泵进行解体检查,更换了一些零部件,在解体和组装液氧泵的过程中可能将油脂污染在泵内零部件上.
4.2.2003-04-17上午将重新组装好的泵吊入泵冷箱，准备开车。吊泵的这天天气正好风比较大，有可能在组装时，碳氢化合物杂质或其他机械粒子进入泵内。
4.3.2003-04-20泵芯再次解体检查，发现迷宫密封的轴套有少量划痕，其深度约0.1mm，见照片和（附件2），有摩擦就有冒火花的可能。且磨损下来的金属微粒又是比较易燃的。淮化控制密封气压力又比较高，磨下的颗粒可能吹入泵内。
4.4.淮化28000m3/h空分設備的碳氢化合物分析仪ABB系统未正常工作,装置内部的碳氢化合物沉积情况不知道,因此未对可能存在的碳氢化合物作任何处理,这是在液氧中存在碳氢化合物的一个可能.
4.5液氧泵重新装配时，如果顶盖螺栓错位，有可能造成抽空，形成气蚀和液击等现象。 促使液氧泵燃爆原因分析的事故树附下：
5.建议 虽然以上分析得到了共识，但遗憾的是现场尚没有找到存在碳氢化合物的证据，但它们应该确实存在，为了防止今后燃爆事故的再次发生仅作如下建议：
5.1.组装液氧泵应在清洁环境中进行，组装中不仅要注意泵体内部零部件的清洁，还要注意壳体和环境的清洁，并且每一道清洁步骤必须要有主管负责人亲眼目睹认可。
5.2.泵前过滤器不能取消，虽然装置经几年运行，装置内该冲洗下来的杂质都已冲洗干净，但不能排除杂质没有全部冲洗干净的可能性，也不能排除有新的杂质颗粒进入装置的可能性。
5.3.淮化的空分装置所在区域为重污染区域,碳氢化合物含量较高,主冷内的碳氢化合物检测是一项不可缺少的重要措施,1997-05-16抚顺空分装置爆炸的原因之一就是因为长期不进行主冷的碳氢化合物检测,因此请淮化赶快将ABB装置投入运行,如因某种原因不能投入,也请用古老的手摇式分析仪,每班摇二次.
5.4.装配时要严格控制好径轴向间隙。
5.5．停泵时应先关进口阀，当泵内无液体时才关出口阀，不要在未放光液氧时就急于加热（如对泵内残存的液氧加热，液体在泵内蒸发就有可能存在碳氢化合物残留）放光液氧后再及时加热吹除，并使吹除阀出口温度达30℃以上。