摘要：天然氣管線安全閥是重要的泄壓保護(hù)裝置，而連接閥蓋與閥體的螺栓則是安全閥最關(guān)鍵的零部件。雖然連接螺栓設(shè)定的安全系數(shù)較高，但螺栓由于材料、環(huán)境、過載等原因容易發(fā)生斷裂或其他失效形式，失效螺栓一般為1根或小部分，螺栓發(fā)生全部失效的情況比較少見。針對(duì)某油田輸氣管線上一彈簧式安全閥8根雙頭螺栓全部斷裂事故，采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)螺栓進(jìn)行了光學(xué)顯微分析、掃描電子顯微鏡微觀分析、尺寸變化分析以及材質(zhì)理化性能分析，并對(duì)螺栓的受力作了詳細(xì)計(jì)算和分析。結(jié)果表明：預(yù)緊力矩過大和氧腐蝕導(dǎo)致4根螺栓產(chǎn)生了疲勞斷裂，另4根螺栓的斷裂則屬于過載斷裂。最后提出了有針對(duì)性地解決措施并取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：輸氣管線；螺栓；安全閥；螺紋；斷裂；疲勞；預(yù)緊力矩；案例分析

??? 安全閥是天然氣開采和集輸系統(tǒng)上必不可少的安全保護(hù)裝置^[1～2]，連接閥蓋與閥體的螺栓是安全閥最關(guān)鍵的零件，如果連接螺栓失效將很容易導(dǎo)致安全事故。由于螺栓的材料、加工、裝配、服役環(huán)境等因素造成螺栓松動(dòng)乃至斷裂的情況時(shí)有發(fā)生^[3～7]。如某油田天然氣管線上一彈簧式安全閥使用不到2 a 8根雙頭連接螺栓發(fā)生斷裂(斷裂螺栓材質(zhì)為B7合金鋼，管線設(shè)計(jì)壓力為5.75MPa，工作壓力為4.8MPa，螺栓發(fā)生斷裂時(shí)管線內(nèi)氣體壓力未出現(xiàn)異常)，螺栓斷裂后閥蓋飛出。為查找螺栓斷裂原因，筆者對(duì)螺栓的宏觀形貌、尺寸、微觀形貌、理化性能和受力等進(jìn)行了分析。

??? 安全閥上斷裂的8個(gè)螺栓的相對(duì)位置及方位和斷口宏觀形貌見圖1，4#、5#、6#、7#螺栓斷裂于承受載荷最集中的螺母端面螺紋根部并且表面可見明顯銹跡，螺栓斷口整體呈45°。與閥蓋上8個(gè)螺栓斷口對(duì)應(yīng)的閥體上的8個(gè)螺栓斷口形貌見圖2，4#、5#、6#、7#螺栓光桿處直徑基本無變化，1#、2#、3#、8#螺栓光桿處縮頸明顯并且4個(gè)螺栓可見明顯彎曲。

??? 在光學(xué)顯微鏡下觀察8根螺栓斷口附近螺紋，發(fā)現(xiàn)4#、5#、6#、7#螺栓螺紋根部均有裂紋，而1#、2#、3#、8#螺栓螺紋根部均無裂紋。

??? 對(duì)8根斷裂螺栓及4根同批完好螺栓光桿處進(jìn)行外徑測量，對(duì)比發(fā)現(xiàn)斷裂的8根螺栓均發(fā)生了頸縮變形，其中1#、2#、3#、8#螺栓頸縮變形較大，4#、5#、6#、7#螺栓頸縮變形較小，即斷裂的8根螺栓均發(fā)生了塑性變形并且被拉長。

??? 對(duì)螺栓伸出擰緊螺母端面長度進(jìn)行測量時(shí)發(fā)現(xiàn)伸出量有很大差異，伸出量最大的7*螺栓比最小的2#螺栓大4mm。

??? 閥蓋上的8個(gè)螺栓光孔均發(fā)生了月牙形磨損或擠壓變形成為橢圓形，其中橢圓長軸沿徑中心。對(duì)光孔長軸和短軸進(jìn)行測量并計(jì)算橢圓度，發(fā)現(xiàn)1#、2#、3#、8#光孔比4#、5#、6#、7#光孔橢圓度大(光孔編號(hào)與螺栓編號(hào)一一對(duì)應(yīng))。

??? 對(duì)螺栓斷口進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察可見1#、2#、3#、8#螺栓斷口呈韌窩狀形貌，4#、5#、6#、7#螺栓螺紋根部附近斷口發(fā)現(xiàn)有貝殼狀疲勞擴(kuò)展形貌，疲勞形貌見圖3。對(duì)6#螺栓螺紋根部裂紋內(nèi)產(chǎn)物進(jìn)行能譜分析，結(jié)果顯示產(chǎn)物主要元素為Fe、C、O，其中O元素質(zhì)量百分含量達(dá)到27%。

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