汽輪機檢修中螺栓損壞原因剖析及應(yīng)對策略

鄭琳

汽輪機檢修中螺栓損壞原因剖析及應(yīng)對策略

鄭琳

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北秦皇島，066000）

汽輪機檢修不當(dāng)極易導(dǎo)致螺栓發(fā)生損壞，影響汽輪機正常運行。通過分析原始汽輪機螺栓檢修工藝和流程中存在的不足，歸納了螺栓損壞原因，探究了應(yīng)對策略，并將其應(yīng)用于實際案例。應(yīng)用效果表明：采取相應(yīng)措施處理后的螺栓質(zhì)量滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，回裝良好，保障了汽輪機運行的持續(xù)、穩(wěn)定、高效。相關(guān)技術(shù)值得在業(yè)界推廣。

汽輪機；螺栓損壞；螺栓檢修；疲勞；拆卸；回裝；技術(shù)改造

引言

螺栓，作為汽輪機的重要組成部分，通常耐高溫、高壓，具有抗磨損性能。在汽輪機正常運行的情況下，螺栓處于持續(xù)受力的狀態(tài)，故在汽輪機實際檢修過程中，經(jīng)常表現(xiàn)出不同程度的損壞。此外，若在高壓導(dǎo)汽管、連通管、主汽門、調(diào)節(jié)汽門等部位選用不適用的螺栓，也將制約汽輪機安全、穩(wěn)定、高效運行[1]。因此，在汽輪機檢修過程中，應(yīng)加強螺栓維護與更換，尤其應(yīng)探究切實有效的防護措施。

1　螺栓檢修工藝和流程

為保證汽輪機良好運行，我公司提出了螺栓嚴(yán)格的檢修標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的檢修程序?，F(xiàn)階段螺栓檢修方法較多，且具有各自的優(yōu)缺點，因此必須針對螺栓實際損壞情況，綜合考量，選擇最適合者。從以往汽輪機的檢修工藝和流程來看，基本程序為：

（1）拆卸螺栓。汽輪機螺栓之間具有關(guān)聯(lián)性，所以在拆卸過程中應(yīng)保證其金屬部位的溫度在80 ℃左右。根據(jù)螺栓安裝情況，應(yīng)有序拆卸和放置，避免后續(xù)安裝時混淆不同規(guī)格的螺栓，耽誤回裝。

（2）檢修與維修螺栓。檢修前，首先要做好準(zhǔn)備工作，即將螺扣、螺帽等逐一拆開、清理，并去除氧化皮，保證這些部件的潔凈。其次是正式檢修，包括絲錐過扣及試扣，若安裝螺母、松下螺栓均較容易，則說明螺栓無損壞現(xiàn)象；反之則存在問題，需要排查。最后，采取合適方法進行維修，保證螺栓完好且螺扣表面光滑。

（3）回裝螺栓。首先冷緊螺栓，之后再熱緊，最后按照正確的安裝步驟，有序回裝，同時保證螺栓力矩設(shè)置良好[2]。

然而，以上工藝和流程存在不足之處，如缺乏螺栓損壞程度的檢查、螺栓損壞問題不夠細(xì)化等，一定程度上影響了檢修效果。

2　螺栓損壞原因剖析

如引言所述，汽輪機檢修過程中螺栓容易損壞，影響汽輪機正常運行。在提出切實有效的應(yīng)對策略前，有必要深入剖析螺栓損壞原因。

2.1螺牙咬死

螺牙，顧名思義，近似于牙齒形狀，且是螺栓的主要外形。此種形狀的螺栓能夠與其他螺栓緊密配合，進而帶動所有螺栓共同運行，支持整個汽輪機良好運行。當(dāng)然，實現(xiàn)這一目的的前提條件，是螺牙沒有咬死，而事實上，它卻是螺栓損壞的常見原因之一。螺母本體咬死、底扣咬死、螺栓咬死等情況，均致使螺栓難以良好運作，制約汽輪機正常運行。造成螺牙咬死現(xiàn)象的原因很多，如螺栓加工質(zhì)量不合格、螺栓加熱工藝不合理、未按時在螺紋上涂抹防燒劑或抗咬合劑、未按時有效清潔螺紋等。此外，螺栓表面被氧化，形成厚厚的氧化膜，其危害性更大，因為在拆卸過程中，氧化膜會使螺扣與螺栓之間產(chǎn)生摩擦阻力，損壞氧化膜自身，使螺栓表面出現(xiàn)毛刺，引發(fā)螺牙咬死。

2.2螺栓裂紋及斷裂

螺栓裂紋及斷裂現(xiàn)象在汽輪機檢修過程中也較為常見。分析表明：兩者主要是由螺栓自身處理不當(dāng)或后期維護不佳所造成的。例如，在螺栓加熱過程中，并未詳細(xì)檢查螺栓，沒有根據(jù)螺栓特征確定加熱部位，而是隨意進行加熱，導(dǎo)致受熱不合理，致使各部位硬度、強度受到影響；造成在汽輪機運行過程中，如若螺栓承受力過大，就可能造成螺栓裂紋或斷裂。再如，汽輪機裝備技術(shù)不科學(xué)、預(yù)緊力度過大或螺栓承受力度不集中，可致使某個螺栓承受力過大，那么在汽輪機長時間運行的情況下，也會導(dǎo)致螺栓斷裂（如圖1所示）[3-4]。

圖1　汽輪機螺栓斷裂示例

2.3汽缸中分面泄漏

在汽輪機檢修過程中，螺帽擰緊時會受到拉應(yīng)力，就很容易在連接過程中引發(fā)側(cè)漏現(xiàn)象。此現(xiàn)象同樣會影響螺栓性能，進而導(dǎo)致汽輪機運行不佳。其發(fā)生是由于螺栓及螺帽在高壓、高溫環(huán)境下運轉(zhuǎn)，出現(xiàn)了應(yīng)力松弛現(xiàn)象。在對螺栓進行緊固的過程中，緊固不牢或緊固順序不合理，是致使氣缸中分面泄漏的主要原因。

3　螺栓損壞應(yīng)對策略

3.1問題預(yù)處理

3.1.1螺牙咬死問題處理

首先，要詳細(xì)了解汽輪機螺栓實際情況，重點分析螺牙咬死現(xiàn)象，進而制定科學(xué)、合理、有效的螺栓檢修策略，并對螺栓進行二次加工處理，全面保證螺栓質(zhì)量。其次，按照螺栓檢修程序及策略，有條不紊地進行螺栓拆卸、檢修，解決螺牙咬死問題，尤其是清除螺栓表面毛刺。再次，將螺栓上的煤油清理干凈，均勻涂抹防滑劑，并明確不同螺栓的情況，使用合適的加熱儀器合理加熱螺栓，保證螺栓完好，為螺栓回裝做好準(zhǔn)備[5-6]。另外需要說明的是，如若螺牙咬死現(xiàn)象比較嚴(yán)重，螺母無法拆卸，則需聘請專業(yè)維修人員進行特殊處理。

3.1.2螺栓裂紋及斷裂問題處理

在檢修過程中，應(yīng)利用檢測儀器全面、詳細(xì)地檢查所有螺栓，如若發(fā)現(xiàn)有螺栓裂紋或斷裂，則需采取切實有效措施加以處理，或更換同樣規(guī)格的螺栓。另外，在球面墊圈的過程中，需詳細(xì)檢查螺栓各部位，如若發(fā)現(xiàn)其表面有毛刺或凹凸不平的缺陷，應(yīng)予以處理，避免產(chǎn)生預(yù)加應(yīng)力。在擰緊螺栓的過程中，需根據(jù)螺栓大小及材質(zhì)，選擇合適的扳手進行緊固，但同時要避免緊固力度過大，引起螺栓次生斷裂。

3.1.3汽缸中分面泄漏問題處理

在檢修過程中，應(yīng)明確要求螺栓力矩，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范合理運用液壓扳手緊固螺栓，并同時測量和觀察空缸情況，進一步合理控制螺栓緊固力度，不僅可以保證螺栓緊固良好，也可避免氣缸泄漏。

3.2檢修工藝改造

汽輪機螺栓檢修人員自然需要扎實掌握相關(guān)知識及技能，從專業(yè)角度出發(fā)，實施合理、有效檢修，制定切實措施處理螺栓損壞問題。但是，要想從真正意義上完成螺栓檢修，保證螺栓質(zhì)量達標(biāo)，在具體檢修過程中應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)工藝，有序展開作業(yè)。具體做法是：

首先，觀察高溫、高壓環(huán)境下的螺栓運行狀態(tài)，利用先進檢測技術(shù)全面、詳細(xì)、深入地開展檢修工作，明確是否存在損壞現(xiàn)象[7-9]。

其次，若確定有螺栓損壞問題，則需開展進一步檢修，確定螺栓損壞程度，如螺牙咬死或斷裂等。

再次，根據(jù)螺栓損壞程度，合理規(guī)劃維修方案，全面開展螺栓故障處理，并對螺栓進行清潔與維護。

最后，對螺栓進行回裝，保證螺栓質(zhì)量達標(biāo)，滿足標(biāo)準(zhǔn)力矩要求，使之可以支持汽輪機良好運行。

3.3檢修流程改進

除了完善螺栓檢修工藝，還要保證檢修人員按照螺栓檢修標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及流程，合理執(zhí)行檢修作業(yè)。但以往的檢修流程存在一些不足，筆者提出以下改進建議：

其一，科學(xué)拆卸螺栓。將順氣缸的螺栓溫度降至80 ℃左右，按照正確流程展開螺栓拆卸，并予以編號，分組管理，便于后續(xù)檢修及回裝。

其二，詳細(xì)檢查螺栓。首先進行螺栓損壞程度的檢查，如比較嚴(yán)重，已無法再利用，則應(yīng)利用同樣規(guī)格的新螺栓予以替換；而對于損壞程度不是很嚴(yán)重的螺栓，則應(yīng)根據(jù)螺栓損壞細(xì)節(jié)，制定切實有效的檢修措施。

其三，合理檢修和維修螺栓。檢修前應(yīng)首先做好準(zhǔn)備工作，即清潔螺扣、螺帽、螺釘、螺紋等，再利用有效方法清除螺栓表面的氧化膜。完成準(zhǔn)備工作后，再按照相應(yīng)檢修和維修方案，有條不紊地完成螺栓損壞問題的處理。還要進行絲錐過扣、試扣，如若很容易安裝螺母、松下螺栓，則說明產(chǎn)品合格，無損壞現(xiàn)象；反之，則說明螺栓存在問題，應(yīng)及時處理。

其四，正確回裝螺栓。嚴(yán)格遵守操作順序展開螺栓回裝，保證螺栓冷緊之后再熱緊。另外力矩大小也要科學(xué)合理。

4　案例分析

我廠二期機組汽輪機已使用較長時間，整體運行狀態(tài)不佳。對此，廠領(lǐng)導(dǎo)決定對其進行一次全面徹底地解體檢修，意在處理機器故障、消除安全隱患、提高使用性能。但在檢修過程中，出現(xiàn)了汽缸螺栓難以拆卸的問題。相關(guān)維修人員采用了多種拆卸方法，如電動液壓棘輪頭扳手、重錘撞擊、多人長管等，均未成功。最終決定采用氣焊切割措施，雖然成功拆開，但卻造成了螺栓損壞，如圖2所示。

圖2　氣焊切割所造成的汽輪機螺栓損壞

4.1汽輪機螺栓損壞原因分析

螺栓和螺母在高溫下長期運行，表面氧化皮較厚，引起兩者間產(chǎn)生較大的擠壓力，氧化皮集中在一起形成堅硬的氧化膜。汽輪機運行溫度為550 ℃；汽缸螺栓材質(zhì)為低合金25Cr2Mo1V，其最高使用溫度也為550 ℃，達到了使用上限。而在檢修過程中，氣焊切割方式破壞了氧化膜，更破壞了螺栓結(jié)構(gòu)。

4.2汽輪機螺栓檢修

考慮到汽輪機實際情況及技術(shù)要求，為其制定了專門的檢修方案：基于高溫緊固件質(zhì)量、螺栓強度計算、預(yù)緊力值、緊固工藝等資料，結(jié)合螺栓初始長度數(shù)據(jù)等，進行科學(xué)合理規(guī)劃。在利用此方案進行檢修的過程中，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進行相應(yīng)損壞處理，再利用適當(dāng)力度緊固和加熱螺栓，保證了螺栓質(zhì)量達標(biāo)，回裝良好，達到了支撐汽輪機良好運行的目的[10]。

5　結(jié)束語

從實際汽輪機檢修可了解到，汽輪機中有大量的螺栓如若檢修不當(dāng)，很可能造成損壞，表現(xiàn)為螺牙咬死、螺栓裂紋和斷裂等，進而影響螺栓的使用性能，間接制約汽輪機的運行。因此，應(yīng)高度重視螺栓檢修，即按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范、合理檢修螺栓，保證螺栓清潔、安裝良好，進而促使汽輪機高效、穩(wěn)定運行。

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Reason Analysis and Coping Strategies of Bolt Failure in Steam Turbine Maintenance

ZHENG Lin
(Qinhuangdao Power Generation Co., Ltd., Qinhuangdao, Hebei, 066000, China)

Improper maintenance of steam turbine easily leads to bolt failure, affecting its normal operation. Through analysis on defects of existing process of steam turbine maintenance, causes of bolt failure are summarized, and corresponding strategies are investigated. Further, such strategies are applied into practical cases, managing to promote the quality of bolts to meet relevant standards as well as fine reinstallations, and guaranteeing a continuous, stable and efficient operation of steam turbine. Relevant technologies are worthy of promotion in related industry field.

Steam Turbine; Bolt Failure; Bolt Maintenance; Fatigue; Disassemble; Reinstallation; Technological Transformation

TK269

A

2095-8412 (2016) 05-892-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.017

鄭琳(1987-)，男，助理工程師。研究方向：汽輪機本體檢修。