基于鱼骨图-层次分析法对离心泵泄漏事故致因的研究*

高建丰 周韶彤 何笑冬

1浙江海洋大学石化与能源工程学院

2临港石油天然气储运技术国家地方联合工程实验室

离心泵是现代工业中常用的流体机械之一，广泛应用在各个领域。离心泵主要由叶轮、泵体、泵盖、挡水圈、泵轴、轴承、密封环和填料函组成[1]。在石油化工行业，离心泵泄漏现象时有发生，严重时还会造成重大事故，如：2004年6月，中国石化沧州分公司底泵发生泄漏，造成二次加工困难，影响了企业的效率；2010年5月，中国石油大港石化分公司第一联合车间延迟焦化分馏部分柴油泵发生泄漏，导致工作无法继续进行；2012年12月至2013年1月，中海炼化惠州炼化分公司油浆泵发生多次泄漏，污染严重。因此研究离心泵的泄漏发生原因对防止离心泵泄漏具有一定的意义。离心泵的泄漏由多方因素产生，各行业专家也给出了不同的分析。一些专家认为离心泵的汽蚀使得离心泵的叶轮以及蜗壳流道上出现麻点是离心泵发生泄漏的原因之一[2-3]；庄文建认为轴密封（可分为填料密封和机械密封）发生故障是产生泄漏的主要原因[4]；郭爱军认为机械密封失效主要是由密封圈失效和动静环失效引起的[5]；吴正军认为摩擦副失效是产生离心泵泄漏事故最常见的原因[6]；陶胤强认为密封环间隙大小也会对离心泵造成影响，密封的间隙应当保持在0.25～1.10 mm之间[7]；郭艳丽认为填料松散、变质老化，机械密封失效，泵轴、轴套有裂痕，泵轴弯曲或轴线不正等均会产生周封泄漏严重[8]。各行业的专业人士对离心泵泄漏研究的成果显著，但是并没有对离心泵泄漏事故进行系统的安全评价分析。

本文根据离心泵泄漏事故的特点，在前人研究的基础上，首先从人、机、环、管四个方面借助鱼骨图对离心泵泄漏事故进行定性分析，然后结合层次分析法对其进行定量分析。通过两种方法的结合，找到事故发生的主要原因和次要原因，并提出合理建议。

1 离心泵泄漏事故评价指标体系建立

任何事故的发生都是由各种原因所导致的，当分析事故原因时，可将分析出的各种原因进行归纳总结，然后用简单的文字和箭头表示出来，这就是鱼骨图[9-11]。利用鱼骨图可以帮助人们直观明了地了解事故发生的原因。当离心泵发生泄漏时，其蜗壳里的液体会进入其他区域，外界空气也会进入，进而影响离心泵的正常运行，严重时还会引起事故，因而对离心泵泄漏事故产生的各种因素进行系统的分析具有一定的价值。为了确定离心泵泄漏事故的因素，收集分析了近几年来各种输油泵在日常工作中发生泄漏的情况，并仔细研究了相关国内外文献以及相关标准，同时结合实际运行情况，从5个主因素和28个子因素来分析引发离心泵泄漏事故的原因。诱发离心泵泄漏事故的5个主因素和28个子因素鱼骨图见图1。在图1中，机械密封故障和填料密封故障是诱发离心泵泄漏事故的主要因素，这些因素在离心泵的运行中是很难完全避免的，只能通过采取一系列有效的措施减少其发生的可能性；结构泄漏和其本身的构造有关，可能在运行前就有问题但是没有及时发现或者发现了没有及时处理；而操作错误更侧重于人的主观因素，可以通过加强管理，改进操作，提高员工职业意识等一系列的方法来克服；有些因素具有多种状况，所以将其归于其他因素。

图1 诱发离心泵泄漏事故的因素鱼骨图Fig.1 Fishbone diagram causing centrifugal pump accidents

2 泄漏事故诱因指标权重的确定

层次分析法是根据问题的性质和要达到的总目标将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按照不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型[12-14]。根据前文所得到的离心泵泄漏事故鱼骨图构建图2所示的层次分析法的层次结构图，然后利用MATLAB软件进行相关权重计算，其中A层代表总目标，B层代表一级指标，C代表二级指标。

图2 离心泵泄漏事故的层次结构图Fig.2 Hierarchical structure diagram of centrifugal pump leakage accident

2.1 影响因素单层指标权重的计算

（1）构建判断矩阵。根据离心泵泄漏事故的相关事例以及专家意见，构建判断矩阵RAB。

（2）计算指标权重和一致性检验。计算准则层指标权重WB=（0.262 5，0.159 9，0.418 5，0.097 3，0.061 8） T，算得矩阵 A最大特征根λmax=5.068 1；计算一致性指标CI=0.017 0，进行一次性检验CR=0.015 2＜0.1。综上所述，满足一致性。由上述可见，机械密封故障权重最大，填料密封故障和结构密封故障次之。所以在生产过程中，为了保证离心泵的正常运转，需要对离心泵的进口压力以及输送介质的温度进行有效的控制，以避免发生汽蚀现象。同时为了防止事故的发生，应该加强对泵壳、轴承、泵轴和密封环的定期检查和对失效原件的及时更换等工作，并加强对工作人员的培训，提高其工作素养。

2.2 影响因素组合权重的计算

为了求解C层因素引起离心泵泄漏事故的组合权重，仿照上文中单层权重的计算方法，得到各子因素单层权重以及组合权重（表1）。根据表1所示，其中所有特征根λmax均得到验证，满足一致性要求。同时得到C14（动静环失效）、C19（固定环转动）这2个影响因素的组合权重均大于0.1，其影响的重要度相对比较大，主要是由于离心泵在长期的运行中弹性元件的压缩造成的，以及离心泵预热时动静环出现裂纹，导致在运行过程失效。组合权重较大的还有C1（填料老化）、C20（滑动面失效）以及C2（填料松散）。因此在日常生产操作中，应该对离心泵运行状况进行实时检查，防止动静环失效。对每套密封，无论是因为什么问题失效，都应该进行详细的分析研究，并且记录相关数据。当发现问题时需要及时进行处理，同时提高工作人员的专业知识，使其在操作时能够充分考虑各种因素，不盲目操作。同时应该及时更换老化填料，消除摩擦引起的磨损和腐蚀引起的物件失效。

表1 C层评价指标的单层权重以及组合权重Tab.1 Single-layer weight and combination weight of C-level evaluation indicators

3 结束语

在离心泵泄漏事故中，机械密封故障出现的概率最大，所以在日常的运行维修过程中，应设计专门的检查方案。同时离心泵泄漏事故的发生是人、机、环、管四个方面共同作用的结果，找到其影响因素的内在联系也是避免事故发生的措施。鱼骨图和层次分析法在离心泵泄漏事故中联合应用，对合理分析离心泵泄漏事故产生的复杂原因具有一定的意义，但此安全评价体系还有待于进一步优化。