一套ARGG裝置待生塞閥螺栓斷裂原因分析

尹銓 趙方棟

摘要：一套ARGG裝置待生塞閥油缸連接板與支架間的三條M24固定螺栓發(fā)生斷裂并造成塞閥油缸傾斜，經(jīng)排查造成螺栓失效的主要原因?yàn)闆_擊負(fù)荷，螺栓發(fā)生脆性斷裂。

關(guān)鍵詞：螺栓;脆性斷裂;吸收膨脹

一、事情經(jīng)過(guò)

2019年1月9日凌晨3：40分，因電纜崩燒主風(fēng)機(jī)跳閘停機(jī)，導(dǎo)致裝置緊急停工，4：20分啟動(dòng)備用主風(fēng)機(jī)向兩器送風(fēng)，兩器開始轉(zhuǎn)劑流化準(zhǔn)備開工，13：40分投進(jìn)料，由于備用主風(fēng)機(jī)風(fēng)量不足，導(dǎo)致兩器流化不良大量跑劑，17：10分裝置切斷進(jìn)料。23：30分啟動(dòng)主風(fēng)機(jī)主機(jī)，并將主風(fēng)機(jī)備機(jī)切換至主機(jī)運(yùn)行，兩器進(jìn)行單容器流化，1月10日凌晨4：40分班組員工巡檢至待生塞閥處，發(fā)現(xiàn)塞閥油缸連接板與支架間的三條M24固定螺栓發(fā)生斷裂（共四條 見圖4）并造成塞閥油缸傾斜（見圖1）。12：30分塞閥油缸更換調(diào)試完畢恢復(fù)生產(chǎn)，17：32裝置投進(jìn)料。

二、原因分析

1、塞閥閥位變化

本次裝置停工期間，塞閥有兩次關(guān)閉和投用“吸收膨脹”過(guò)程：第一次是裝置在1月9日凌晨3：40分自保動(dòng)作后，塞閥快速關(guān)閉，確認(rèn)塞閥關(guān)閉后，操作員投用“吸收膨脹”，（見圖2方框1）;第二次是1月9日晚因?yàn)閱⒂脗錂C(jī)跑劑，裝置二次切斷進(jìn)料，于17：53分將塞閥完全關(guān)閉后投“吸收膨脹”。在兩次投用吸收膨脹期間，塞閥閥位均能正常跟蹤（見圖2方框2）。1月10日凌晨4：36分左右塞閥閥位出現(xiàn)異常，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)塞閥油缸連接螺栓斷裂三根，剩余的一條彎曲變形。

2、油缸連接螺栓斷裂原因

1）斷裂螺栓已使用15年，從斷面形貌特征分析，其斷口平齊而光亮，且與正應(yīng)力垂直，無(wú)明顯縮頸和舊有裂紋、缺陷等問(wèn)題，為典型的脆性斷裂，造成螺栓失效的主要原因?yàn)闆_擊負(fù)荷。

2）塞閥因所處高溫環(huán)境的特殊性，存在熱態(tài)零點(diǎn)與冷態(tài)零點(diǎn)的差異，二者相差33%左右（見圖5）。

3）塞閥自保動(dòng)作初始設(shè)定是快速關(guān)閉至冷態(tài)零點(diǎn)，沒(méi)有綜合考慮熱態(tài)時(shí)待生立管向下膨脹產(chǎn)生的位移，導(dǎo)致實(shí)際關(guān)閉位置發(fā)生變化（見圖7）。在事故狀態(tài)時(shí)自保啟動(dòng)，塞閥閥頭在油缸9.0MPa油壓推動(dòng)下向冷態(tài)零點(diǎn)快速關(guān)閉，從而在熱態(tài)零點(diǎn)位置與立管閥座圈發(fā)生猛烈的撞擊，撞擊產(chǎn)生的巨大沖擊力傳導(dǎo)至相對(duì)薄弱的連接螺栓，最終造成螺栓發(fā)生沖擊斷裂。

4）從2003年至2018年10月，塞閥連接螺栓未斷裂的原因： ?主要原因是2018年以前，塞閥閥頭與閥座圈不同心，其結(jié)合面僅為1/4-1/2左右，過(guò)度關(guān)閉時(shí)沖擊力相對(duì)較小，僅造成閥頭局部襯里損壞，未對(duì)螺栓等薄弱部位造成破壞性沖擊。2018年11月檢修后，局部更換汽提段錐段和待生立管時(shí)，對(duì)立管與塞閥閥頭重新進(jìn)行了對(duì)中，基本實(shí)現(xiàn)了100%貼合，因此檢修后塞閥熱態(tài)過(guò)度關(guān)閉時(shí)，產(chǎn)生的沖擊力更大，更具破壞性。

3、塞閥吸收膨脹原理：

1）待生塞閥正常系統(tǒng)工作油壓為6.9MPa-9MPa（廠家推薦值）。

2）待生塞閥投“吸收膨脹”的目的是保證待生立管因溫度變化產(chǎn)生伸縮時(shí)，塞閥仍可處于隨動(dòng)的全關(guān)狀態(tài)，為保證這一功能，上油缸處于自動(dòng)泄壓狀態(tài)：

（1）膨脹隨動(dòng)：當(dāng)待生立管升溫膨脹向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，塞閥閥桿隨之向下運(yùn)動(dòng)，下缸油壓上升，當(dāng)油壓上升到系統(tǒng)內(nèi)溢流閥的設(shè)定值時(shí)，溢流閥自動(dòng)開啟泄壓（此溢流閥的設(shè)定值高于系統(tǒng)最高壓力1MPa左右，泄壓至設(shè)定時(shí)值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉），油缸帶動(dòng)閥頭向下運(yùn)動(dòng)，保持全關(guān)狀態(tài)同時(shí)保護(hù)塞閥不受損壞。

（2）收縮隨動(dòng)：當(dāng)待生立管降溫收縮時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，下缸失去限位，油壓降低，低于設(shè)定工作壓力時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)升壓推動(dòng)下缸上移，保證閥頭與閥座維持緊密貼合狀態(tài)。

3）“吸收膨脹”功能僅在確認(rèn)塞閥關(guān)閉時(shí)才能投用，避免快速回關(guān)產(chǎn)生的撞擊力損壞塞閥閥桿及連接件等薄弱部位。

三、整改措施：

1、2019年檢修期間將塞閥外部的連接固定螺栓全部更換。

2、對(duì)相關(guān)崗位操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，嚴(yán)禁在塞閥處于開啟狀態(tài)下投用“吸收膨脹”，避免對(duì)塞閥造成損壞。

3、對(duì)塞閥的自保狀態(tài)關(guān)閉位置按熱態(tài)零點(diǎn)進(jìn)行重新設(shè)定，避免今后類似問(wèn)題的再次發(fā)生。