中国阀门网-中国阀门行业第一网
 
当前位置: 首页 » 阀门知识 » 通用知识 » 正文

试析电站锅炉阀门螺栓断裂原因及对策

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-30  来源:网络  浏览次数:38
  摘要:本文主要针对在电站锅炉阀门螺栓固件中经常发生的断裂故障类型进行细化分析,重点关注其突然断裂失效的根本原因。为了让读者以清晰的角度理解断裂成因,笔者特此从宏观判查和细致观察两个角度入手,将阀门螺栓断裂的区域排除在螺纹区域外,并圈定在端帽根部。继而分析其断裂性征和演变过程,推算出短层断裂、延伸断裂再到完全断裂的过程。同时为了细化判查其断裂因素,文章内容还针对断口结构进行了各种形式的分析(化学、微观检测、金相、腐蚀等),最终以实际确认的故障因素为准,细化分析其形成原因并相对制定了相关的反意对策,望能通过此文对相关制造行业人员起到警示作用,提升行业质量标准。
  关键词:电站锅炉;阀门螺栓;相关对策
  引言:
  在电站锅炉常规运行期间,因其内部构件长期在高温高压等非常规环境下工作,故常会产生微小固件性能失效或降低等现象。其中锅炉阀门螺栓的故障概率相对较高,而电站锅炉的作用长处在必然常规运程中,一旦因细小固件故障而牵制到整体作业效率,轻则会干预锅炉安全作业指数,重则将直接作用于电站整体,不仅影响常规输电进程,还会造成严重的用电隐患。因此在对锅炉进行问题排查时,对阀门螺栓的使用成效和故障排除极具排查价值。为了令读者可更加直观的明确其断裂原因,笔者特此调取排查档案作为例子,望能通过细节描述对同行或技术人员起到辅助作用。
  一、选定案例描述
  某石化公司电站锅炉,锅炉冷凝器下降管线的一个节流闸阀的阀盖紧固螺栓突然发生断裂,造成大量蒸汽泄漏,造成紧急停工,更换了阀门。冷凝器的介质为108℃高温水与200℃蒸汽混合,压力大约36kg/cm。失效阀门型号为JZ46W,规格DN50,2006年6月投入使用,使用周期接近四年半。阀门的阀盖等部件未发现异常,只有阀盖连接到阀体上的紧固螺栓发生了断裂。阀门的紧固螺栓为六角法兰面型螺栓,4根紧固螺栓中的3根发生了断裂,1根未发生断裂。
  二、宏观检查
  将4根螺栓从阀盖中取出清洗,并进行宏观检查。螺栓断裂部位不是在螺纹处,而是在螺栓的端帽根部。从断裂螺栓断口表面可看出,灰暗色区域较大,比较新鲜的区域较小。灰暗色区域应该是前期开裂后的断口受到了氧化腐蚀,比较新鲜的区域应该是这次突然断裂的新断口。螺栓的端帽部分应该是锻造成形。靠近断口的端帽外缘部分存在多条明显的锻造裂纹。
  三、对螺栓断口进行微观检测分析
  将3个断裂螺栓和1个断裂端帽用超声波清洗器反复清洗干净,利用进口的扫描电镜和能谱仪观察分析4个断口的表面微观形貌,分析腐蚀产物成分。从断口的微观形貌可以看出,断口大部分区域的微观形貌均为沿晶特征,即裂纹是沿着晶界开裂的,属于典型的脆性断口。对断口灰暗色区域进行200倍电镜扫描,可以看出沿晶断口的表面覆盖了一层腐蚀产物,经成分分析,腐蚀产物以氧化铁为主,其中腐蚀产物中存在c1元素和S元素。
  而后对断口新鲜区域进行200倍电镜扫描,断口新鲜区域的很小部分的微观形貌不是沿晶特征,而是韧窝特征,韧窝是正常塑性断裂的断口特征。这说明螺栓断裂属于延迟断裂,即首先萌生裂纹,其次裂纹扩展,最后突然断裂。从螺栓端帽外缘区域的微观形貌可以看出,螺栓锻造成形工艺不规范,锻造温度较低,螺栓端帽部位墩粗变形量较大,从而产生较多的锻造裂纹,而锻造后也未进行二次加工以去除这些裂纹。
  四、螺栓材质成分检测分析
  从1个断裂螺栓上取样,利用直读光谱仪和碳硫分析仪检测分析螺栓的材质成分。常用于螺栓的不锈钢材质为1Crl7Ni7和1Crl8Ni9,但是按照国标GB/T1220—1992(不锈钢的牌号和化学成分)标准,断裂螺栓的材质成分不符合1Crl7Ni7和1Crl8Ni9,而比较接近1Crl8Mn8Ni5N。但是,按照国标1Crl8Mn8Ni5N要求,断裂螺栓的材质成分中,含C量偏高,含Cr量偏低,这就大大降低了其耐蚀性能。
  五、螺栓金相组织检测分析
  从断裂螺栓截取2个试样,用水砂纸对其预磨、精磨、研磨、抛光和王水溶液浸蚀,制备成金相试样。利用金相显微镜对1个试样金相组织进行检测分析;另1个试样用进口的扫描电镜对其锻造缺陷进行观察分析。经检测,螺栓的金相组织为奥氏体,晶粒度评定等级为6级,组织比较粗大。
  由螺栓的锻造缺陷微观形态可以看出,螺栓的表面和内部均发现较大的锻造裂纹和夹杂物,而且断口和裂纹附近均发现明显的沿晶开裂形态,这说明螺栓的沿晶开裂主要与锻造缺陷有关。
  六、氯离子源的调查
  经过取样分析,最终确认Cl-来源于保温材料外涂的防水沥青。该防水沥青涂于保温材料外部,防止雨水、湿气进入到保温材料内部。将该防水沥青取样放入水中,立刻定性检测出水中含有Cl-,说明该防水沥青中Cl-溶解性极强。由于防水沥青中Cl-的存在,夏季空气湿度较高和雨水季节不可避免的会有溶有氯离子的水蒸气接触到设备和管线,从而引起腐蚀。
  七、螺栓断裂原因分析及对策
  在通过一系列检测过程后技术人员可确认,该案例中发生的阀门螺栓失效部位基本可确定在端帽根部,且属于延续性突发断裂属性,整体破坏进程迟缓,断口处特征明显符合沿晶性态。
  (1)阀门螺栓断裂的原因基本以材质缺失为主,而材质问题可细化分为两类:其一,以国际间规定的螺栓质量标准而言,所采用的固件阀门螺栓性质和材料规格明显与标准规格有偏差。因此其抗腐蚀与坚固性能必然也无法支撑锅炉常规作业;其二,螺帽顶端需要细致的工艺支撑其结构效用性,一旦其制造工艺存在偏差,则必然会在高温环境下产生裂缝造成断裂隐患;螺栓断裂的次要因素为环境温度波动和介质腐蚀因素,具体表现为:阀门经受的温度波动造成螺栓产生热疲劳应力,加速裂纹萌生和扩展。
  针对质量偏差问题,厂家可着重探查制造工艺进程中的质量规格要求现状,对待要求不严或尺寸标准存在偏差的工艺阶段,一定要立即进行整体插眼,争取将所有制作工艺中可能存在的形成隐患的因素尽数排除。对待已经装置出厂同一批次的问题阀门,要及时召回并无偿更换,以免因技术误差影响行业信誉。同时吸取教训,加强到货阀门的质量检查,对关键部位的阀门配件进行抽检,确保使用过程的安全可靠。
  八、应吸取的经验和教训
  在锅炉阀门结构中最容易发生破裂的位置是高残余应力区域,如焊接、螺栓或铆钉连接处,还有那些能发生应力集中或環境浓缩的区域,如缺口和焊缝处。防止这类腐蚀发生最有效的方法就是利用无损检测技术对这些敏感部位进行监测,尽早发现裂纹源,采取预防措施,避免事故的发生。
  参考文献:
  [1]罗广辉, 鞠琳莉, 刘厚超,等. 电站锅炉阀门螺栓断裂原因分析及对策[J]. 石油化工设计, 2011, 28(3):31-32.
  [2]李玲. 管道阀门螺栓断裂的原因分析[J]. 机械工程材料, 2013, 37(5):106-110.
  [3]许志刚, 鞠琳莉, 吴冰,等. 阀门螺栓断裂原因分析[J]. 腐蚀与防护, 2010, 31(7):578-580.
 
 
[ 阀门知识搜索 ]  [ ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 

 
推荐图文
推荐阀门知识
点击排行
 
阀门产品
赣ICP备13007224号