SS1000型離心機破裂事故分析

黃樂敏，林 君

（溫州市質(zhì)量技術監(jiān)督檢測院，浙江 溫州 325000）

1 事故概況

某化工公司廢水處理站的SS1000型三足式離心機（以下簡稱離心機）在運行時，離心機的突然破裂，轉(zhuǎn)鼓鼓壁和外殼撕裂飛出，擊中操作工造成傷亡事故。

該化工公司廢水處理站采用石灰來中和處理酸性廢水，發(fā)生事故的離心機安裝在中和池邊上，離心過濾的物料為投入中和池中的石灰和酸性廢水攪拌后產(chǎn)生的懸浮液，懸浮液采用物料泵加入離心機，經(jīng)離心過濾后，人工卸料。

該SS1000型三足式離心機的基本參數(shù)為：轉(zhuǎn)鼓直徑1 000mm、轉(zhuǎn)鼓高度為400mm，容積132 L，轉(zhuǎn)速1 000～1 200r／min，分離因數(shù)560～800。離心機的旋轉(zhuǎn)部件（包括電動機）及機殼垂直懸掛于通過壓縮彈簧預緊的三根擺桿，支承擺桿三個柱腳安裝在離心機的底座上。離心機的轉(zhuǎn)鼓由電動機經(jīng)V型帶輪減速傳動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力使轉(zhuǎn)鼓中容納的物料離心分離過濾。

2 現(xiàn)場勘查

在事故現(xiàn)場可見離心機整機嚴重破裂、殘缺，離心機上已不見外殼護罩、轉(zhuǎn)鼓。破裂脫落的焊有兩個加強箍的轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁及其連接的從轉(zhuǎn)鼓體上斷裂的部分轉(zhuǎn)鼓體外緣均已拉成長條狀，其上面還可見沿焊縫破裂變形扭曲的轉(zhuǎn)鼓圓筒上部錐形圈和轉(zhuǎn)鼓的濾布（袋）。從外觀上看，轉(zhuǎn)鼓加強箍的材質(zhì)和轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁明顯不同，轉(zhuǎn)鼓加強箍表面銹蝕嚴重，其矩形截面尺寸約為10mm×28mm。離心機的轉(zhuǎn)鼓體為鑄件，周邊外緣約有1／3斷裂、缺損；離心機機身外緣亦多處斷裂缺損，支承懸掛離心機機身的擺桿的三個柱腳中一個柱腳斷裂，柱腳斷裂面上還可見明顯的鑄造缺陷。

經(jīng)現(xiàn)場勘查，我們提取部分已拉成長條狀的帶加強箍的轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁，并在離心機的轉(zhuǎn)鼓體上切割一個鑄件試塊（大于250mm×150mm）作為進一步分析的檢材。

為分析事故原因，離心機制造廠還提供了下列圖樣：

1）離心機轉(zhuǎn)鼓圓筒，鼓壁材料為1Cr18Ni9，圖中標注圓筒鼓壁壁厚為5mm；

2）離心機轉(zhuǎn)鼓體，材料為HT200，圖中標注轉(zhuǎn)鼓體的鑄件壁厚為22～30mm；

3）離心機底座和機身，材料均為HT200；

4）離心機外殼護罩，材料為1Cr18Ni9。

3 檢查檢測

3.1 轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁

對現(xiàn)場提取的帶加強箍的轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁進行檢查、檢驗，結(jié)果如下：

1）轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁在焊縫處斷開；

2）在轉(zhuǎn)鼓圓筒和轉(zhuǎn)鼓體壓緊部位的鼓壁，厚度為3.9mm，轉(zhuǎn)鼓圓筒內(nèi)有沖蝕磨損，其鼓壁最小厚度為3.2mm；

3）轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁的縱焊縫有0.6mm的未焊透，焊縫有嚴重的晶間腐蝕和應力腐蝕；

4）轉(zhuǎn)鼓圓筒的鼓壁和加強箍硬度：鼓壁的焊縫為228～236HV1，熱影響區(qū)為207～210HV1，母材為191～197HV1。加強箍的硬度為370～390HV1；

5）對轉(zhuǎn)鼓圓筒的鼓壁和加強箍分別進行材料的化學成分分析，其含量如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)鼓圓筒的鼓壁和加強箍材料的化學成分分析

材料化學成分含量分析表明：轉(zhuǎn)鼓圓筒的鼓壁材料的化學成分含量與1Cr18Ni9鋼符合；加強箍材料的化學成分含量與1Cr18Ni9鋼不符。

3.2 鑄件試塊

對鑄件試塊進行材料化學成分分析，其含量如表2所示。

3.3 鑄件的力學性能

用鑄件試塊加工成試樣后測定鑄件的力學性能，其抗拉強度為73MPa，遠低于GB／T 9439－2010《灰鑄鐵件》對牌號HT200、壁厚大于20mm至40mm灰鑄鐵件的最小抗拉強度Rm為170MPa的要求。

3.4 鑄件試塊的金相

對鑄件試塊的金相試樣檢驗結(jié)果為：

1）石墨類型：A＋少量B類；

2）石墨長度：石長為100；

3）基體組織：珠光體40%＋鐵素體；

4）硬度：116HBS 5／750。

4 事故原因分析

1）離心機的鑄件質(zhì)量不符合GB／T 9439－2010《灰鑄鐵件》標準中HT200的要求。

2）轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁厚度不符合鼓壁厚度5mm的圖紙要求。

3）離心機轉(zhuǎn)鼓存在焊接質(zhì)量缺陷，圓筒鼓壁的縱焊縫未焊透，焊縫力學性能低于母材的力學性能，在腐蝕環(huán)境下又產(chǎn)生嚴重的晶間腐蝕和應力腐蝕，降低了轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁的強度。

4）離心機工作時，其轉(zhuǎn)鼓為高速運行的回轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)鼓圓筒鼓壁承受環(huán)向應力，包括空鼓旋轉(zhuǎn)時鼓壁內(nèi)的環(huán)向應力和由物料等載荷離心壓力產(chǎn)生的鼓壁環(huán)向應力。存在缺陷的轉(zhuǎn)鼓在高速旋轉(zhuǎn)時，不能承受環(huán)向應力而破裂，轉(zhuǎn)鼓鼓壁撕裂飛出，導致離心機的不銹鋼外殼護罩與離心機分離脫落、機身（外殼底盤）外緣等破裂損壞。

5 幾點建議

1）離心機應有使用壽命期限，特別是離心物料為腐蝕性介質(zhì)時。

2）離心機轉(zhuǎn)鼓的質(zhì)量至關重要，其轉(zhuǎn)鼓鼓壁的厚度及其焊接質(zhì)量直接影響到轉(zhuǎn)鼓所能承受應力的大小，即轉(zhuǎn)鼓強度取決于此。而轉(zhuǎn)鼓加強箍亦應與轉(zhuǎn)鼓鼓壁同一材質(zhì)。而轉(zhuǎn)鼓強度計算設計應遵循JB／T8051－2008《離心機轉(zhuǎn)鼓強度計算規(guī)范》的要求。

3）離心機轉(zhuǎn)鼓體鑄件的力學性能必須符合相關材質(zhì)的標準要求。

［1］ 余國琮.化工機械工程手冊：中冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003：2266－2270

［2］ 張寅，洪曉先，等.JB／T9439－2010 灰鑄鐵件 ［S］.北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2010

［3］ 潭蔚，朱企新，趙揚.JB／T8051－2008離心機轉(zhuǎn)鼓強度計算規(guī)范 ［S］.北京：中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會，2008

［4］ 湯新文，陳海輝.離心機轉(zhuǎn)鼓爆裂事故分析［J］.機電工程技術，2005，34，3