一套ARGG装置待生塞阀螺栓断裂原因分析

尹铨 赵方栋

摘要：一套ARGG装置待生塞阀油缸连接板与支架间的三条M24固定螺栓发生断裂并造成塞阀油缸倾斜，经排查造成螺栓失效的主要原因为冲击负荷，螺栓发生脆性断裂。

关键词：螺栓;脆性断裂;吸收膨胀

一、事情经过

2019年1月9日凌晨3：40分，因电缆崩烧主风机跳闸停机，导致装置紧急停工，4：20分启动备用主风机向两器送风，两器开始转剂流化准备开工，13：40分投進料，由于备用主风机风量不足，导致两器流化不良大量跑剂，17：10分装置切断进料。23：30分启动主风机主机，并将主风机备机切换至主机运行，两器进行单容器流化，1月10日凌晨4：40分班组员工巡检至待生塞阀处，发现塞阀油缸连接板与支架间的三条M24固定螺栓发生断裂（共四条 见图4）并造成塞阀油缸倾斜（见图1）。12：30分塞阀油缸更换调试完毕恢复生产，17：32装置投进料。

二、原因分析

1、塞阀阀位变化

本次装置停工期间，塞阀有两次关闭和投用“吸收膨胀”过程：第一次是装置在1月9日凌晨3：40分自保动作后，塞阀快速关闭，确认塞阀关闭后，操作员投用“吸收膨胀”，（见图2方框1）;第二次是1月9日晚因为启用备机跑剂，装置二次切断进料，于17：53分将塞阀完全关闭后投“吸收膨胀”。在两次投用吸收膨胀期间，塞阀阀位均能正常跟踪（见图2方框2）。1月10日凌晨4：36分左右塞阀阀位出现异常，经现场确认塞阀油缸连接螺栓断裂三根，剩余的一条弯曲变形。

2、油缸连接螺栓断裂原因

1）断裂螺栓已使用15年，从断面形貌特征分析，其断口平齐而光亮，且与正应力垂直，无明显缩颈和旧有裂纹、缺陷等问题，为典型的脆性断裂，造成螺栓失效的主要原因为冲击负荷。

2）塞阀因所处高温环境的特殊性，存在热态零点与冷态零点的差异，二者相差33%左右（见图5）。

3）塞阀自保动作初始设定是快速关闭至冷态零点，没有综合考虑热态时待生立管向下膨胀产生的位移，导致实际关闭位置发生变化（见图7）。在事故状态时自保启动，塞阀阀头在油缸9.0MPa油压推动下向冷态零点快速关闭，从而在热态零点位置与立管阀座圈发生猛烈的撞击，撞击产生的巨大冲击力传导至相对薄弱的连接螺栓，最终造成螺栓发生冲击断裂。

4）从2003年至2018年10月，塞阀连接螺栓未断裂的原因：  主要原因是2018年以前，塞阀阀头与阀座圈不同心，其结合面仅为1/4-1/2左右，过度关闭时冲击力相对较小，仅造成阀头局部衬里损坏，未对螺栓等薄弱部位造成破坏性冲击。2018年11月检修后，局部更换汽提段锥段和待生立管时，对立管与塞阀阀头重新进行了对中，基本实现了100%贴合，因此检修后塞阀热态过度关闭时，产生的冲击力更大，更具破坏性。

3、塞阀吸收膨胀原理：

1）待生塞阀正常系统工作油压为6.9MPa-9MPa（厂家推荐值）。

2）待生塞阀投“吸收膨胀”的目的是保证待生立管因温度变化产生伸缩时，塞阀仍可处于随动的全关状态，为保证这一功能，上油缸处于自动泄压状态：

（1）膨胀随动：当待生立管升温膨胀向下运动时，塞阀阀杆随之向下运动，下缸油压上升，当油压上升到系统内溢流阀的设定值时，溢流阀自动开启泄压（此溢流阀的设定值高于系统最高压力1MPa左右，泄压至设定时值时自动关闭），油缸带动阀头向下运动，保持全关状态同时保护塞阀不受损坏。

（2）收缩随动：当待生立管降温收缩时向上运动，下缸失去限位，油压降低，低于设定工作压力时，系统自动升压推动下缸上移，保证阀头与阀座维持紧密贴合状态。

3）“吸收膨胀”功能仅在确认塞阀关闭时才能投用，避免快速回关产生的撞击力损坏塞阀阀杆及连接件等薄弱部位。

三、整改措施：

1、2019年检修期间将塞阀外部的连接固定螺栓全部更换。

2、对相关岗位操作人员进行培训，严禁在塞阀处于开启状态下投用“吸收膨胀”，避免对塞阀造成损坏。

3、对塞阀的自保状态关闭位置按热态零点进行重新设定，避免今后类似问题的再次发生。