2017年8月第40卷第4期
大氧
Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry
合成氨装置汽轮机中分面螺栓失效分析
周群群
（中国石化巴陵分公司，湖南岳阳414003）
Aug.2017 Vol.40 No.4
摘要：对合成氨装置汽轮机中分面失效螺栓进行理化分析，确定螺栓断裂的原因主要是螺栓在制造及材质选用、加工精度、工作环境温度、汽轮机开停车次数等较多方面，提出相应改进措施。
关键调：汽轮机螺栓制造及选材
环境温度
概述 1
某合成氨装置汽轮机于2004年进行了设计和扩能改造，2005年投用，采用双出轴、三列叶片、内外缸结构。内缸进口压力10.0MPa，进口温度 525℃：蒸汽经过三列叶片做功后，出口压力4.3 MPa，出口温度430℃。外缸中分面密封螺栓共计 42根，材质为35CrMo，上、下缸均布。该汽轮机中分面密封螺栓拆装均采用加热方法，由于装置运行不稳定，该机组开停车次数较额繁，最多一年开停车达30次。2016年10月对汽轮机进行大修，发现汽轮机上缸和下缸各有一根螺栓断裂，断裂部位均位于沉头螺纹根部，断裂螺栓规格为M64 mmx3mmx316mm-6g。装配技术规程中要求热紧转角为96°预紧力矩为678.12N·m。
2断裂原因分析 2.1宏观检查
螺栓宏观断口上没有表征塑性(韧性)断裂的断口宏观形貌（断口见1)，如纤维区、边缘剪切唇、放射纹等，可以初步判定这是属于脆性断裂的宏观断口。断口上有一些大小不等的深色区域，是断裂时间较早的已氧化锈蚀的区域，但断口宏观形貌与浅色区域并无区别。另外螺栓加热内孔表面光洁度较差，外螺纹局部有毛刺，精度不够。
图1螺栓宏观断口形态
万方数据
从螺栓宏观断口形态来看，螺栓发生沿晶脆断，并且可以排除螺栓低温冷脆断裂的可能，因为汽轮机中分面螺栓的工作温度在420~430℃，螺栓工作在材料韧脆转变温度区域以上，因此不会发生低温冷脆。即使低温冷脆也不会发生沿晶型脆断冷脆较多为准解理断裂到深度低温时才可能发生穿晶的解理型断裂。所以螺栓断裂不大可能是由于低温冷脆造成的。工作环境是420~430℃的高温蒸汽，基本上没有特殊的腐蚀环境，所以发生沿晶断裂的其他环境因素也不存在。因此，可从螺栓材料的化学成分、金相组织、热处理条件来分析。同时还要对断口进行扫描电镜中的形貌观察，最终再进行综合分析，找出螺栓断裂失效的原因。 2.2化学成分和金相分析
断裂螺栓材料的化学成分见表1。
表1断裂螺栓材料的化学成分
化学成分 c si Mn s P Cr Mo
标准值 0.32~0.40 0.17~0.37 0.40~0.70 ≤0.035 ≤0.035 0.80~1.10 0.15~0.25
检验结果 0.28 0.27 0.49 0.003 0.018 0.89 0.29
%
收稿日期；2017-0204；收到修改稿日期；20170722。
作者简介；周群群，男，1983年1月年出生，本科学历，工程师， 2006年毕业于湘潭大学化工机专业，现在中国石化巴陵分公司化肥事业部从事动设备管理工作。联系电话：0730-8536911;E-mail ;zhouqunqun621@163.com