淺談陸上風(fēng)電機組高強度螺栓施工質(zhì)量監(jiān)理管控

孫雪楓

（山東誠信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山東 濟南 250100）

0 引 言

風(fēng)電場建設(shè)施工，尤其是風(fēng)力發(fā)電機組安裝環(huán)節(jié)，是安全風(fēng)險與質(zhì)量風(fēng)險的集中階段，也是事故的高發(fā)階段。作為工程的主要參建方，監(jiān)理單位在風(fēng)電場建設(shè)施工過程中發(fā)揮著重要作用，既要管控安全風(fēng)險，更要監(jiān)管吊裝質(zhì)量。高強度螺栓的施工是風(fēng)電機組安裝的核心，為此，筆者以新疆哈密某特大型風(fēng)電項目為背景，針對高強度螺栓施工質(zhì)量的影響因素，探討監(jiān)理單位如何采取應(yīng)對措施加以管控，供相關(guān)人員參考。

1 工程背景

新疆哈密某特大型風(fēng)電項目（以下簡稱“本項目”），地處羅布泊邊緣、戈壁灘深處，環(huán)境惡劣：常年多風(fēng)沙、降雨量少、空氣干燥、晝夜溫差大，全年最高與最低溫度波動在 －25℃～+45℃ 之間。本項目風(fēng)電機組采用海裝 HZ111-2.0 MW 機型，配套使用上海申光 10.9 級摩擦型高強度螺栓。

2 工藝特點

預(yù)緊高強度螺栓最常見的方法是扭矩緊固法、扭矩轉(zhuǎn)角緊固法和拉伸緊固法?？紤]到現(xiàn)場的工作環(huán)境、工作空間、風(fēng)電機組安裝質(zhì)量和工程進度等因素，本項目選用扭矩緊固法，工具為成套液壓扭矩扳手。

高強度螺栓的預(yù)緊分為三步：第一步用電動沖擊扳手?jǐn)Q緊（力矩值不做要求），第二步用液壓扭矩扳手?jǐn)Q緊到標(biāo)準(zhǔn)力矩值的 50%，第三步仍用液壓扭矩扳手?jǐn)Q緊至標(biāo)準(zhǔn)力矩值的 100%。按圖 1 中所示次序，對角、交叉、均勻、逐步地將其擰緊至標(biāo)準(zhǔn)力矩值，從靠近定位銷的螺栓開始緊固。每擰緊一顆螺栓都要畫出力矩標(biāo)識線，且用不同的顏色表示不同的步驟，以防遺漏。

圖 1 螺栓分布形式及擰緊次序

3 影響施工質(zhì)量的因素

在高強度螺栓施工過程中，若預(yù)緊力過大，即超力矩，則螺栓可能被擰斷，連接件可能被壓碎、咬粘、扭曲或斷裂，螺紋牙被剪斷而脫落；若預(yù)緊力不足，即欠力矩，則連接件可能出現(xiàn)滑移，從而導(dǎo)致錯位、歪斜、折皺，甚至緊固件被剪斷。

本項目監(jiān)理機構(gòu)運用根本原因分析法（RCA），從“人”“機”“料”“法”“環(huán)”“測”六個方面對影響高強度螺栓施工質(zhì)量的因素進行分析。

（1）“人”的因素：確定液壓泵輸出力矩值時斜視看表，視線的折射可能造成所確定力矩值的偏差；確定液壓泵具體力矩值時指針未歸零。

（2）“機”的因素：液壓油更換不及時，滋生雜質(zhì)過多，影響力矩值的準(zhǔn)確性；扭矩扳手及計數(shù)表校對頻率太低，造成力矩輸出值偏差較大；未使用穩(wěn)壓器，現(xiàn)場柴油發(fā)電機輸出的電壓不穩(wěn)定造成輸出力矩值的較大波動。

（3）“料”的因素：固體潤滑膏混合不充分，高強度螺栓規(guī)格型號與法蘭對應(yīng)錯誤。

（4）“法”的因素：未按圖 1 所示次序緊固力矩，未按工藝要求分三步緊固力矩，力矩緊固加壓持續(xù)時間太短，固體潤滑膏涂抹不符合要求，葉片螺栓力矩緊固遺漏。

（5）“環(huán)”的因素：氣溫在超過 +40 ℃、低于 －10℃ 的情況下依舊施工，超出規(guī)定范圍；風(fēng)沙較大時依舊施工，螺母與法蘭間可能夾雜砂礫。

（6）“測”的因素：驗收存在偶然性，驗收人員對力矩標(biāo)識線的角度偏差判斷不準(zhǔn)確，驗收時間與高強度螺栓緊固完成時間間隔過長。

4 監(jiān)理管控措施

針對高強度螺栓施工質(zhì)量的影響因素，監(jiān)理機構(gòu)采取了預(yù)防控制措施，提出了一系列要求并切實可行地進行跟蹤見證，對重要環(huán)節(jié)進行旁站監(jiān)理以保證施工質(zhì)量。

4.1 事前控制：保證力矩輸出值的準(zhǔn)確與穩(wěn)定

保證力矩輸出值的準(zhǔn)確與穩(wěn)定，主要體現(xiàn)在“人”“機”“法”方面。

（1）跟蹤檢查作業(yè)人員操作行為是否符合規(guī)范，見證液壓泵輸出力矩值的確定并加以核查；要求作業(yè)人員調(diào)整力矩值時不得斜視看表，且須在表針完全歸零后再進行調(diào)整。

（2）液壓泵需要通過檢測單位進行校準(zhǔn)，并由檢測單位出具校驗證明，且每半年校準(zhǔn)一次。對于沒有校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)證書不合格的液壓泵，不允許使用。

（3）檢查扭矩扳手的完好情況，若出現(xiàn)漏油、變形、破損等現(xiàn)象，不得使用。

（4）要求施工單位必須配備穩(wěn)壓器且正確使用，以消除因現(xiàn)場柴油發(fā)電機輸出電壓不穩(wěn)而對液壓泵力矩的輸出造成較大的波動。

4.2 事中控制：保證施工方案和施工工藝的規(guī)范執(zhí)行

保證施工方案與施工工藝的規(guī)范執(zhí)行，主要體現(xiàn)在“料”“法”“環(huán)”方面。監(jiān)理人員對重要工序跟進監(jiān)督，確保安裝作業(yè)人員按照審批通過的施工方案進行操作。

（1）監(jiān)理人員重點檢查固體潤滑膏混合的均勻性，以及涂抹的均勻程度、適量程度和位置的正確性；涂抹螺紋的寬度要寬于螺母最終停留位置的寬度。

（2）固體潤滑膏的規(guī)范使用在高強度螺栓施工過程中是一道關(guān)鍵工序。在此，筆者從固體潤滑膏的使用原理上解釋為何監(jiān)理機構(gòu)對其進行重點管控。實驗資料顯示，在對螺栓施加預(yù)緊力矩的過程中，約 45%～50% 的預(yù)緊力矩用于克服螺栓頭部下端面與墊片接觸的部位所產(chǎn)生的摩擦力矩，約 50%～55% 的預(yù)緊力矩作用于螺紋的嚙合部位，其中，35%～40% 用于克服螺紋的嚙合部位所產(chǎn)生的摩擦力矩，10%～20% 轉(zhuǎn)換成螺栓的預(yù)緊力矩。由此可見，高強度螺栓所施加的力矩中約 80% 的力矩消耗在克服摩擦力矩上，因而使用固體潤滑膏可以增加潤滑、減少摩擦并起到吸熱的作用。

（3）高強度螺栓有許多型號，每個法蘭所需的螺栓型號均不同，監(jiān)理人員必須核查對應(yīng)法蘭所用螺栓的型號是否準(zhǔn)確。

（4）為保證同一法蘭面上所有螺栓力矩均勻一致，應(yīng)提高其防松能力，以防螺栓受橫向荷載發(fā)生相對滑移而造成剪切破壞。監(jiān)理人員必須重點監(jiān)督檢查力矩緊固的次序，嚴(yán)格按圖 1 次序執(zhí)行，分三步緊固，并且控制好每顆螺栓的緊固時間。

（5）考慮到作業(yè)人員的安裝狀態(tài)，原則上氣溫超過+40℃ 或低于 －10℃ 不得施工。在特殊情況下，如氣溫低于 －10℃，只能預(yù)緊標(biāo)準(zhǔn)力矩的 80%，氣溫升至 －5℃后再補齊力矩；遇到大風(fēng)沙，必須嚴(yán)格檢查螺栓與法蘭是否夾雜砂礫。

4.3 事后控制：保證高質(zhì)量的力矩驗收和防腐涂層的復(fù)原

（1）力矩驗收需要風(fēng)機廠商和監(jiān)理機構(gòu)共同參與。風(fēng)機廠商交底的力矩標(biāo)準(zhǔn)作為監(jiān)理機構(gòu)進行力矩驗收的重要依據(jù)。檢驗欠力矩，多使用直接檢驗法；檢驗過力矩，多使用回擰法。

（2）螺栓力矩檢驗時按照每個法蘭面螺栓總數(shù)量的10% 進行抽檢，且不少于 10 顆螺栓。檢驗中若發(fā)現(xiàn)某顆螺栓欠力矩，則將抽檢比例擴大 10%；仍有螺栓欠力矩，則對該法蘭面上的所有螺栓按 100% 標(biāo)準(zhǔn)力矩值進行重新緊固。檢驗中若發(fā)現(xiàn)某顆螺栓超力矩，則將抽檢比例擴大10%；仍有螺栓超力矩，則對該法蘭面上的所有螺栓進行全部檢驗；若檢驗結(jié)果仍有多顆螺栓力矩超過標(biāo)準(zhǔn)力矩值的 10%，則必須更換該法蘭面的全部螺栓，且產(chǎn)生的所有費用由安裝承包單位承擔(dān)。

（3）由于風(fēng)電機組安裝承包單位須承擔(dān)因超力矩而產(chǎn)生更換高強度螺栓費用的風(fēng)險，安裝承包單位在高強度螺栓緊固過程中往往會刻意實行欠力矩施工，既增加了驗收難度，又增長了施工時間，更對監(jiān)理驗收人員提出了更高的要求。在驗收過程中，監(jiān)理人員所抽檢的螺栓應(yīng)均勻分布在法蘭盤上，不得局部小角度抽檢。葉片的力矩是重點驗收對象，但輪轂空間狹窄且螺栓多數(shù)被遮蓋，需要變槳配合才能進行全部力矩緊固。為防止緊固遺漏，監(jiān)理人員應(yīng)當(dāng)擴大葉片螺栓的力矩驗收數(shù)量，以保證驗收的客觀性，并且必須在整機安裝完成后 24 h 內(nèi)進行驗收。

（4）我國陸上風(fēng)電機組所使用的高強度螺栓，其表面通常采用達(dá)克羅防腐工藝。雖然達(dá)克羅具有超高的耐腐蝕性、高耐熱性等優(yōu)點，但硬度不高、耐磨性也不好。高強度螺栓的緊固力矩都非常大，一般在 2 000 N·m～5 000 N·m 之間，扭矩扳手與高強度螺栓的碰撞與摩擦，會不同程度地破壞達(dá)克羅表面，導(dǎo)致螺栓的實際腐蝕時間快于理論時間。此問題是每個風(fēng)電場建設(shè)過程中都會遇到的，若不予理睬或不及時修補，則會嚴(yán)重影響風(fēng)機的運行壽命，存在較大的安全隱患，尤其在海上或沿海等鹽霧濃度較高的地區(qū)，較高的鹽霧濃度和空氣濕度更會加速高強度螺栓的腐蝕。監(jiān)理機構(gòu)意識到此問題的嚴(yán)重性，提出了冷噴鋅防腐的措施，使高強度螺栓的施工質(zhì)量得到了提高。

5 風(fēng)機高強度螺栓施工監(jiān)理管控實踐

在哈密某特大型風(fēng)電場建設(shè)監(jiān)理過程中，通過根本原因分析法（RCA），監(jiān)理機構(gòu)充分確定了高強度螺栓施工質(zhì)量的影響因素，并且根據(jù)這些因素制定了相應(yīng)的監(jiān)管措施；充分實行工序檢查卡制度進行精細(xì)化管理（見表 1、表 2 和表3）。檢查完成后由現(xiàn)場監(jiān)理人員、安裝單位質(zhì)檢員、設(shè)備廠商檢驗員共同簽字確認(rèn)。工序檢查卡制度的全面實施，使得高強度螺栓施工驗收工作更加數(shù)據(jù)化、程序化、可追溯化。據(jù)統(tǒng)計，該項目高強度螺栓施工質(zhì)量的整體不合格率僅為 3.3%，說明上述監(jiān)理管控措施是正確的和合理的。

表 1 事前控制檢查卡

表 2 事中控制檢查卡

表 3 事后控制檢查卡

6 結(jié) 語

造成陸上風(fēng)電機組高強度螺栓施工質(zhì)量不合格的主要原因是施工機械的可靠性不足、施工工藝的不完善、作業(yè)人員對施工方案的執(zhí)行不足等。作為重要參建方，監(jiān)理單位必須采取全面檢查施工機械等措施，保證力矩輸出值的穩(wěn)定和準(zhǔn)確；采取嚴(yán)格審查與論證施工方案等措施，確保施工方案的完整性和可行性；在施工過程中采取旁站等措施，保證執(zhí)行施工方案的嚴(yán)格性；實施嚴(yán)謹(jǐn)、合理的驗收制度，如工序檢查卡制度，保證驗收結(jié)果的客觀性、準(zhǔn)確性和全面性。