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固定螺栓發生斷裂并造成塞閥油缸傾斜，經排查造成螺栓失效的主要原因為沖擊負荷，螺栓發生脆性斷裂。

關鍵詞：螺栓;脆性斷裂;吸收膨脹

一、事情經過

2019年1月9日凌晨3：40分，因電纜崩燒主風機跳閘停機，導致裝置緊急停工，4：20分啟動備用主風機向兩器送風，兩器開始轉劑流化準備開工，13：40分投進料，由于備用主風機風量不足，導致兩器流化不良大量跑劑，17：10分裝置切斷進料。23：30分啟動主風機主機，并將主風機備機切換至主機運行，兩器進行單容器流化，1月10日凌晨4：40分班組員工巡檢至待生塞閥處，發現塞閥油缸連接板與支架間的三條M24固定螺栓發生斷裂（共四條 見圖4）并造成塞閥油缸傾斜（見圖1）。12：30分塞閥油缸更換調試完畢恢復生產，17：32裝置投進料。

二、原因分析

1、塞閥閥位變化

本次裝置停工期間，塞閥有兩次關閉和投用“吸收膨脹”過程：第一次是裝置在1月9日凌晨3：40分自保動作后，塞閥快速關閉，確認塞閥關閉后，操作員投用“吸收膨脹”，（見圖2方框1）;第二次是1月9日晚因為啟用備機跑劑，裝置二次切斷進料，于17：53分將塞閥完全關閉后投“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異常，經現場確認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，且與正應力垂直，無明顯縮頸和舊有裂紋、缺陷等問題，為典型的脆性斷裂，造成螺栓失效的主要原因為沖擊負荷。

2）塞閥因所處高溫環境的特殊性，存在熱態零點與冷態零點的差異，二者相差33%左右（見圖5）。

3）塞閥自保動作初始設定是快速關閉至冷態零點，沒有綜合考慮熱態時待生立管向下膨脹產生的位移，導致實際關閉位置發生變化（見圖7）。在事故狀態時自保啟動，塞閥閥頭在油缸9.0MPa油壓推動下向冷態零點快速關閉，從而在熱態零點位置與立管閥座圈發生猛烈的撞擊，撞擊產生的巨大沖擊力傳導至相對薄弱的連接螺栓，最終造成螺栓發生沖擊斷裂。

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，其結合面僅為1/4-1/2左右，過度關閉時沖擊力相對較小，僅造成閥頭局部襯里損壞，未對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，對立管與塞閥閥頭重新進行了對中，基本實現了100%貼合，因此檢修后塞閥熱態過度關閉時，產生的沖擊力更大，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生伸縮時，塞閥仍可處于隨動的全關狀態，為保證這一功能，上油缸處于自動泄壓狀態：

（1）膨脹隨動：當待生立管升溫膨脹向下運動時，塞閥閥桿隨之向下運動，下缸油壓上升，當油壓上升到系統內溢流閥的設定值時，溢流閥自動開啟泄壓（此溢流閥的設定值高于系統最高壓力1MPa左右，泄壓至設定時值時自動關閉），油缸帶動閥頭向下運動，保持全關狀態同時保護塞閥不受損壞。

（2）收縮隨動：當待生立管降溫收縮時向上運動，下缸失去限位，油壓降低，低于設定工作壓力時，系統自動升壓推動下缸上移，保證閥頭與閥座維持緊密貼合狀態。

3）“吸收膨脹”功能僅在確認塞閥關閉時才能投用，避免快速回關產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、對相關崗位操作人員進行培訓，嚴禁在塞閥處于開啟狀態下投用“吸收膨脹”，避免對塞閥造成損壞。

3、對塞閥的自保狀態關閉位置按熱態零點進行重新設定，避免今后類似問題的再次發生。