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        一套ARGG裝置待生塞閥螺栓斷裂原因分析

        2020-10-20 04:35:54尹銓趙方棟
        石油研究 2020年9期

        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為沖擊負荷,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

        2019年1月9日凌晨3:40分,因電纜崩燒主風(fēng)機跳閘停機,導(dǎo)致裝置緊急停工,4:20分啟動備用主風(fēng)機向兩器送風(fēng),兩器開始轉(zhuǎn)劑流化準備開工,13:40分投進料,由于備用主風(fēng)機風(fēng)量不足,導(dǎo)致兩器流化不良大量跑劑,17:10分裝置切斷進料。23:30分啟動主風(fēng)機主機,并將主風(fēng)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(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(guān)閉,確認塞閥關(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(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(yīng)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(huán)境的特殊性,存在熱態(tài)零點與冷態(tài)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(shè)定是快速關(guān)閉至冷態(tài)零點,沒有綜合考慮熱態(tài)時待生立管向下膨脹產(chǎn)生的位移,導(dǎo)致實際關(guān)閉位置發(fā)生變化(見圖7)。在事故狀態(tài)時自保啟動,塞閥閥頭在油缸9.0MPa油壓推動下向冷態(tài)零點快速關(guān)閉,從而在熱態(tài)零點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,過度關(guān)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(xiàn)了100%貼合,因此檢修后塞閥熱態(tài)過度關(guān)閉時,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,塞閥仍可處于隨動的全關(guān)狀態(tài),為保證這一功能,上油缸處于自動泄壓狀態(tài):

        (1)膨脹隨動:當(dāng)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(dāng)油壓上升到系統(tǒng)內(nèi)溢流閥的設(shè)定值時,溢流閥自動開啟泄壓(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)定時值時自動關(guān)閉),油缸帶動閥頭向下運動,保持全關(guān)狀態(tài)同時保護塞閥不受損壞。

        (2)收縮隨動:當(dāng)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(shè)定工作壓力時,系統(tǒng)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(tài)。

        3)“吸收膨脹”功能僅在確認塞閥關(guān)閉時才能投用,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、對相關(guān)崗位操作人員進行培訓(xùn),嚴禁在塞閥處于開啟狀態(tài)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(tài)關(guān)閉位置按熱態(tài)零點進行重新設(shè)定,避免今后類似問題的再次發(fā)生。

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