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摘要：汽轮机运行安全一直备受关注，1000MW汽轮机运行期间，频繁受到中压主汽门和中压调门螺栓断裂的影响，导致汽轮机被迫终止运行。对此进行详细研究，从螺栓断裂方面去分析原因，总结解决的有效路径，从而确保汽轮的安全运行。
关键词：汽轮机；螺栓断裂；高温烧蚀；热紧处理
东方汽轮机厂汽轮机1号机组，已投入生产10年，10年见汽轮机安全与质量检查累计达到7000h。汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂问题严重，其选择的主汽门螺栓材料为Alloy783，规格为M56×4×270，螺栓长期处于高温状态下，平均温度达到535℃，螺栓承受的平均压力为13.5MPa，检修过程中频繁出现螺栓断裂，这方面问题一直困扰着汽轮机安全检测。对于螺栓断裂问题，结合螺栓断裂的形态，螺栓本身的结构以及紧固操作，螺栓在应用期间的受力情况，螺栓的化学成分等，分析螺栓断裂原因，及时进行螺栓断裂处理，保证螺栓质量。
1.1000MW汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂情况分析
汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂情况分析，主要针对2018年1号机组，在进行电加热棒卸载过程中，中压调门螺栓突然出现断裂，并且螺栓、螺母咬死。汽轮机运行温度高，螺栓受到严重挤压，螺纹出现氧化皮现象，导致螺栓与螺母之间的间隙被全部填满，出现咬死情况。螺栓断裂位置处于主汽门结合处，固定端为主汽门的门壳位置，同时螺栓的所有应力均集中在此处，因此其承受压力巨大。
主汽门螺栓出现严重缺陷，螺栓的材质选择Alloy783，主汽门螺栓安装主要包括25套。螺栓检查期间并没有发现任何异常，同时没有收到相关的缺陷反射信号。但是汽轮机运行中，主汽门螺栓却出现断裂现象，通过超声检查，发现螺栓的根部出现严重的开裂，数量达到15根。根据主汽门左侧螺栓检测，其中螺栓断裂数量为9根，右侧螺栓断裂数量为6根。
断裂的螺栓其颜色均呈暗灰色，断裂口类似疲劳断裂，并没有出现大幅度塑性变化，裂纹呈贝壳纹[1]。中压调门螺栓断裂则存在烧蚀现象，部分螺栓的烧蚀坑非常深，虽然并没有涉及到较大面积，但是却出现金属液体飞溅现象。尤其是螺栓被烧蚀的边缘，微裂纹现象严重，呈蔓延趋势。结合主汽门和中压调门螺栓断裂情况分析，其中螺栓的化学成分主要见表1。及时对螺栓的硬度进行测量，发现螺栓出现断裂现象并非硬度不达标。
结合螺栓断裂以及被烧蚀的截面进行取样，随后观察其金相组织，发现螺栓断裂与被烧蚀的位置主要朝着外壁展开延伸，利用王水将取得的样品腐蚀，螺栓组织为奥氏体，虽然已经断裂但是并没有塑变现象，沿晶裂纹严重。螺栓局部断裂位置呈现龟裂状裂纹，尤其是奥氏体组织中出现碳化物。
2.分析汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓出现断裂的原因
根据对螺栓断裂情况的分析发现，螺栓的过度圆角位置，螺纹出现异常情况，不仅存在不当加工情况，同时还出现严重的螺纹缺口，严重影响螺栓的紧固性，螺栓应力值下降。螺栓在应用中其冷紧的主要方式是扳手推进，如果控制不当就会导致紧力偏差超出规定标准，为螺栓带来蠕变损伤。螺栓本身的持久强度、抗蠕变性能等都是影响螺栓断裂的主要原因。根据对螺栓断口的检查发现，存在明显偏析现象，螺栓化学成分等原因，影响螺栓的应力，力学性能达不到规定要求，蠕变孔洞严重，导致螺栓出现微裂纹现象，面对这种情况必须及时更换螺栓，检测螺栓成分，保证螺栓质量达标，否则在高温作用下螺栓断裂问题不可避免。
主汽门和中压调门螺栓断裂，还包括螺栓在安装期间没有控制好预紧力，造成螺栓正常应用之前就已经失。此次选择的螺栓材料相对比较复杂，在应用之前必须进行反复的热处理，但是实际应用中却存在生产制作不到位的现象，这样一来增加了螺栓断裂的风险[2]。汽轮机启动之后，螺栓承受着整个运行系统的2/3压力，如果螺栓承受面积缩小，则应力增加，螺栓会出现严重断裂现象。螺栓热紧处理过程中，一旦加热棒破损就会导致螺栓被烧蚀，烧蚀周围会出现明显的裂纹，没有及时处理裂纹不断扩展，螺栓断裂现象加剧。螺栓还会受到高温、高应力等的影响，震动频率过高，螺栓更加敏感，加上设备运行疲劳增加，从而出现断裂、裂缝等问题。
3.汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂问题解决措施
对于1000MW汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂问题的处理，需要机组技术人员对断裂情况详细调查记录，并且根据裂缝出现的具体情况分析出原因，制定针对性解决方案。及时将轴封压力提高至80~90KPa，试图用辅汽冷却轴封母管温度，但是对螺栓断裂的处理效果并不理想。根据主汽阀结构图，主汽门全开后，门杆漏汽量会减小。
结合螺栓断裂情况，提高螺栓紧固处理重视。做好螺栓测量工作，参考螺栓热紧期间的弧长标准选定螺栓测量方法，必须按照力矩冷紧处理后加热的顺序，严格控制螺栓热紧弧度，并且准确计算出伸长量弧度，以此来保证螺栓具体应用中不会出现提前失效的现象。为了确保螺栓测量准确性，螺栓测量之前技术人员及时改进螺栓测量孔底部，调整锥形为平面地，这样就可以在最大程度上将螺栓测量的误差控制到最小[3]。中压调门螺栓断裂情况改善，要求螺栓伸长量必须与中压调门规定相符，控制在0.29mm-0.34mm，并且还要注意，螺栓热紧处理期间加热棒的温度与安全，要求加热棒温度必须≤700℃，加热棒不能存在任何破损或者温度异常等现象，否则将会导致螺栓被烧蚀。
再者螺栓断裂处理，还要注意螺栓安装之前螺纹的检查，确保螺纹没有任何断裂现象。根据汽轮机要求，制定详细严谨的螺栓安装计划，及时检查螺栓硬度，一旦出现超标必须及时更换，不允许将质量有问题的螺栓安装到汽轮机中压主汽门和中压调门位置，从根本上确保螺栓质量[4]。根据螺栓化学成分研究，不定期对螺栓进行抽样检查，对于检测出问题的螺栓就存在问题、螺栓型号等做好记录，为后期螺栓检测提供便利。螺栓热紧处理过程中，会应用到对应的热紧加热器，当然最常见的设备为电加热棒，这种加热棒虽然使用方便，但是质量方面经常出现问题。在实际使用之前一定要及时进行全面检查，确保加热棒的质量，有效预防加热棒应用期间出现爆裂情况。
结束语：
综上所述，1000MW汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂处理，必须掌握出现断裂的具体原因，以此制定详细的解决方案。影响螺栓断裂的原因有很多，温度、压力、受力面积、烧蚀、裂纹、化学成分等，结合螺栓断裂具体情况，采取有效措施控制裂纹延伸，预防螺栓被烧蚀，保证螺栓质量，提高汽轮机运行安全性。
参考文献：
[1]赵智慧，司文波.1000MW超超临界机组单侧中压调门异常关闭应对策略[J].电力与能源，2018.
[2]张守文，余化文，熊伟.1000MW汽轮机中压主汽门和中压调门螺栓断裂原因分析[J].电力与能源，2016（4）.
[3]赵琦，张宝，胡洲.1030MW机组汽轮机汽门调试中出现的问题分析[J].浙江电力，2014（11）.
[4]石彩华[1].中压主汽门阀盖螺栓断裂原因分析[J].机械，2014（10）：74-76.
论文作者:李治海
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/22
标签：螺栓论文; 汽轮机论文; 调门论文; 中压论文; 汽门论文; 现象论文; 裂纹论文; 《电力设备》2019年第13期论文;