尿素厂3W-2BA2液氨泵压盖拧入式螺栓断裂原因分析

取压阀压盖螺栓断裂分析张毅（国家石油天然气管网集团有限公司西气东输分公司）摘要某取压阀压盖螺栓在使用过程中发生了断裂，通过试验分析了螺栓断裂的原因"结果表明：螺栓在安装过程中预紧力过大产生了塑性变形；Cr-Mn系不锈钢螺栓耐蚀性较差，在长期的使用过程中,周围含有S、C1元素的介质流到螺栓表面,导致存在应力集中的光杆与六角头过渡部位发生了硫化物和C1-应力腐蚀开裂"建议按设计要求确定螺栓材料，并依据相关标准和规程控制预紧力"关键词螺栓取压阀预紧力断裂应力腐蚀中图分类号TQ055.3+8文献标识码B螺栓广泛应用于结构的连接、紧固及密封等场合。

作为一种缺口型零件，螺栓在缺口部位（如螺杆根部、螺纹根部等%易产生应力集中现象[1]"螺栓的断裂失效可导致结构、设备等出现安全隐患，并引发重大事故"螺栓的断裂首先与螺栓材料的力学性能、组织等有关（其次与螺栓的工作应力有关,如预紧力大小、应力集中等"同时螺栓工作环境下的腐蚀介质、介质浓度及温度等因素也会影响螺栓的使用性能[2]"某取压阀压盖螺栓在使用过程中发生了断裂，为了确定失效原因,对螺栓断裂部位和未断裂部位取样，并进行宏观检查、化学成分分析、硬度测定、金相组织分析、断口形貌及能谱分析等一系列试验,分析了断裂的原因,并提出了改进措施。

1运行工况取压阀压盖螺栓使用约5年后,4根螺栓中有2根发生了断裂，其主要技术参数如下：取压阀介质02取压阀中的氧气压力6.0MPa规格必!）—!%!—设计材料B8（3"4）文章编号0254-6094（2020）06-0866-062试验结果与分析2.1宏观检查图1为4根螺栓的形貌。

由图1a可见，1*和2#螺栓为完好螺栓，螺纹根部均存在褐色垢物,螺栓性能等级为8.8级；3#螺栓断裂于无螺纹的光杆与六角头的过渡部位，断口形貌如图lc所示，可见断口整体较平整，最后断裂区凹凸不平,整体无明显塑性变形，同时断口表面附着有褐色垢物;4#螺栓螺纹和光杆部位均存在腐蚀，断裂于光杆处,断口表面附着有褐色垢物,如图ld、e 所示。

考察报告考察目的：高压液氨泵与一甲泵高压螺栓断裂情况交流与探讨及如何通过设备结构改造和更新提高设备安全运行的可靠性分析，学习和了解同行两台设备使用、管理及检修情况。

结合我公司具体情况对两台设备制定一些必要措施。

考察时间：2009.5-2009.5考察地点：潍坊生建压缩机厂、山东齐鲁一化、山东鲁南化肥厂、合肥通用机械研究所、合肥建业机械有限公司考察人：2009.5.12早6：30从迁化出发于下午3：00左右到达潍坊生建压缩机厂接待我们的是备件销售处的马明彩处长，表明来意后，马处长委派曹主任安排我们与技术处于宏志见面。

首先介绍我公司一甲泵、氨泵结构，运行管理和检修及高压螺栓断裂情况。

于高工对我们提出的问题进行了认真的分析，提出了意见和建议：1、我公司泵型为第一代产品，结构设计上存在一些弊端。

从潍坊生建目前出厂的产品使用来看，未发生过类似螺栓断裂问题。

2、关于螺栓断裂问题，对方不排除螺栓质量缺陷，氨泵和一甲泵用的高压螺栓与高压管道用的高压螺栓因使用条件存在根本差别，虽然工艺压力条件相同，但前者在运行过程中因存在交变应力（压力从1.7MPa-20 MPa之间波动），上下活门尼龙垫片容易冷流变形，进一步加剧了螺栓的交变应力，降低了螺栓的抗疲劳强度；同时使螺栓组受力不均，有可能使受力较大螺栓断裂造成泄漏。

3、氨泵泵体活门及压套组件，与我厂产品差距较大，建议与更新泵体同时进行。

4、因原一甲泵泵体四通结构，存在压缩流体应力集中，容易产生无法修复的裂纹，致使泵体报废，更换较频繁。

5、据我们了解，进出液弯管因交变应力介质局部湍流，导致焊口开裂，母材裂纹，弯管报废，更换较频繁，这种老型泵维修费用比现行泵要高得多。

双方就氨泵泵体更换方案达成共识。

一甲泵改造方案原则上按现行结构进行，但考虑到我厂大隆产品，外形结构尺寸与现行的泵体比较尺寸较大，改造耗材量大，费用较高；双方又探讨了一甲泵整体更新方案，在保留电机和减速机的条件下，改造可比更新节省1/3。

塑料制品螺钉孔开裂的原因及解决方案螺钉孔开裂现象一般发生在脆性材料或应力敏感材料或易产生内应力的材料中，如ABS，PC，PC/ABS合金等，分析导致螺钉孔开裂的原因，应该从产品设计（模具设计及模具加工）-原料-加工工艺三方面出发。

1. 产品设计方面①尽量避免在实心螺丝柱上直接打孔或攻丝，设计产品时设计成空心螺丝柱；②螺丝柱壁厚（肉厚）不够，适当增加壁厚或柱高较高时设置加强筋；③直角孔口导致攻丝时受力不均，孔口顶端开倒角，孔底也设计倒角；④适当减小螺纹设计余量，余量过大会导致拧入螺丝或攻丝过程中对螺丝柱压力增大；⑤模具设计问题，导致注塑件的内应力集中在螺丝孔处；⑥熔接痕（夹水线）位于螺丝孔处，对于这种情况，也可通过调机处理得到解决；⑦成型较大塑料圆孔时，由于模具型芯采用硬质合金材料，塑料孔收缩不均导致产生内应力，螺纹孔一般不出现这种情况⑧对于有金属内嵌螺纹的产品而言，由于塑料比金属的收缩率大，嵌件冷却后容易撑裂柱子，应根据两种材质的线胀系数及温度变化范围，计算出半径方向上的间隙为0.3～0.4mm左右；⑨对于接触水的有金属内嵌螺纹的产品而言，应确保产品冷却后金属嵌件嵌入紧密，生锈也会导致螺纹柱开裂；⑩对于形状复杂或者薄壁产品，增大浇注口尺寸，模具浇注口短而粗有利于减少压力损失，改善注塑条件2. 原料问题：①原料质量差，回收料（水口料、环保料）含量大；②原料本身不含回收料，供应商造粒时工艺不当导致原料降解；③原料本身无质量问题，牌号选择不当，改用改性料或高韧性牌号；④原料本身无质量问题，不同厂家的原料有微小但对产品质量影响很大的差别；⑤某些色母料会加剧内应力问题，仍是原料选择问题；⑥原料中加玻纤可提高强度；⑦原料水分含量过高，未充分干燥或吸湿导致加工过程中原料降解，韧性降低；3. 加工工艺的问题：（请专业调机师傅调机）①提高模具温度，改善熔体流动条件，增强熔接痕强度；②减小注射压力及保压压力，减少内应力的产生；③在玻璃化温度以下对制品进行充分热处理，释放内应力，处理时间视处理介质而定；4.其他外部条件（补充说明）① 根据不同材质的料件设定相匹配的热熔参数（温度、预热时间、下压时间、稳定可控的气压）；。

紧固件螺栓断裂的原因有多种多样,归纳来说,一般螺栓的损坏由应力因数、疲劳、腐蚀和氢脆等原因形成。

1、应力因数超过常规应力(超应力)由剪切、拉伸、弯曲和压缩中的任一个或其组合而产生。

大多数设计人员首先考虑的是拉伸负荷、预紧力和附加实用载荷的组合。

预紧力基本是内部的和静态的,它使接合组件受压。

实用载荷是外部的,--般是施加在紧固件上的循环(往复)力。

拉伸负荷试图将接合组件抗开。

当这些负荷超过螺栓的屈服极限时,螺栓从弹性变形变为塑性区,导致螺栓永久变形,因此在外部负荷除去时不能再恢复原先的状态。

类似原因,如果螺栓上的外负荷超过其极限抗拉强度,螺栓将断裂。

螺栓拧紧是靠预紧力扭转得来的。

在安装时,过量的扭矩导致超扭矩,同时也使紧固件受到了超应力而降低了紧固件的轴向抗拉强度,即在连续扭转的螺栓与直接受张力拉伸的相同螺栓相比,屈服值比较低。

这样,螺栓有可能在不到相应标准的最小抗拉强度时就出现屈服。

扭转力矩大可以使螺栓预紧力增大.使接合松弛相应减少。

为了增加锁紧力,预紧力一般采取上限。

这样,除非屈服强度和极限抗拉强度之间差异数目很小,一般螺栓不会因扭转而出现屈服现象。

剪切负荷对螺栓纵轴方向施加一个垂直的力。

剪切应力分为单剪应力和双剪应力。

从经验数据来讲,极限单剪应力大约是极限抗拉应力的65%。

许多设计人员优选剪切负荷,因为它利用了螺栓的抗拉和抗剪强度,它主要起类似销钉的作用,使受剪切的紧固件形成相对简单的联接.缺点是剪切联接使用范围小而且剪切联接不能经常使用,因其要求更多的材料和空间。

我们]知道,材料的组成成分和精度也起一定的决定性。

但是,将抗拉应力转换成剪切负荷的材料数据往往却是得不到的。

紧固件预紧力影响剪切联接的整体性。

预紧力越低,在与螺栓接触时接合层越易滑动。

剪切负荷能力通过乘以橫平面数计算(一个剪切平面通称单剪,两个剪切平面通称双剪),这些平面应该是无螺纹螺栓的横截面。

我们不提倡设计通过螺纹的剪切,因为紧固件的剪切强度可在横截面变化时被应力集中克服。

螺栓断裂原因分析及预防摘要：本文通过对失效螺栓及同批次的零件进行理化分析和无损检测。

对断裂件进行了宏观、微观断口观察、金相组织检查、硬度、化学成分、破坏拉力等一系列试验，经分析找出螺栓失效原因，并提出预防措施。

关键词：螺栓断裂回火脆化螺栓作为飞机上重要的紧固件，其发生断裂危害较大。

我厂修理过程中使用的螺栓主要为M4、M5、M6、M8和M10等规格，然而在某产品装配和停放过程中，某批次30CrMnSiA M8的螺栓先后发生脆性断裂。

引起工厂高度重视，因为螺栓发生脆断，不论是氢脆断裂，还是热处理造成的脆性断裂大都与“批次性”问题有关，涉及数量多，危害大，组织专业人员对螺栓在装配过程中及装配一段时间后发生断裂的原因进行了分析，并对后续的预防工作，提出了建议和方案。

1 宏观、微观检查对断裂螺栓进行宏观观察：发现断裂位置接近于第一扣螺纹处见（图1）。

断裂处螺纹表面未发现有明显的机械接触痕迹，如压坑、啃刀、划伤等表面缺陷，也未发现热处理表面烧蚀痕迹、螺纹变形等现象，没有局部麻点、剥蚀等缺陷。

断裂螺栓螺纹牙底呈线性起源，放射棱线粗大，断口附近无明显宏观塑性变形，断口齐平，呈暗灰色，断面粗糙，具有金属光泽（图2）。

图1断裂螺栓图2螺栓断口图3 螺栓整体形貌对裂纹断口进行观察，断口特征呈现以沿晶为主＋韧窝的混合断裂形貌，且断口源区未见冶金和加工等产生的缺陷。

对同批次的螺栓抽样进行了磁粉检测，在螺纹的根部没有发现表面或近表面裂纹，对螺栓进行X射线检测，也没有发现内部缺陷。

同批螺栓见图3。

2 材质检验2.1成份分析抽取同批次的螺栓去掉镀层后制取化学粉末，采用碳、硫联合测定仪对碳、硫含量进行了检测，利用QSN750光谱仪对其它元素进行了检测，结果见(表1)，螺栓的化学成分符合技术要求，但含碳量较高。

表1 化学成份检测结果表2.2 金相分析在靠近断口位置切取金相试样，镶嵌、磨抛、腐蚀后，显微镜对试样进行组织观察，螺栓显微组织为较粗大的回火马氏体（图4）。

尿素高压氨泵运行中的故障及处理措施张进荣，李小燕，范天祥（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川750026）摘要：针对国产化大化肥装置试车运行过程中高压氨泵多级离心泵出现的故障，进行原因分析并给出处理措施，消除了国产化高压氨泵运行中的不稳定因素，为国产化高压氨泵长期稳定运行奠定基础。

关键词：国产化大化肥；高压氨泵；多级离心泵；故障；处理措施中图分类号：TE964文献标识码：A文章编号：1673-5285（2019）08-0110-03DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2019.08.027*收稿日期：2019-05-08作者简介：张进荣（1979-），男，工程师，2002年毕业于宁夏大学机械设计制造及其自动化专业，现在中国石油宁夏石化公司化肥三厂工作，邮箱：123187472@ 。

表1高压甲铵离心泵主要性能参数项目参数项目参数规格型号HTDB100-80-10stg轴功率/kW 898流量/（m 3·h -1）117输入转速/（r ·min -1）2980泵转速/（r ·min -1）6750输出转速/（r ·min -1）6750扬程/m 2696增速比 2.256叶轮级数10电机型号YBS560-2（W ）入口压力/MPa 2.5电机功率/kW 1120出口压力/MPa17.9电机转速/（r ·min -1）980我国自20世纪70年代引进的大型氮肥装置，专利技术和关键技术均受制于国外，为了研发我国自主知识产权的国产化大化肥工艺技术，2009年中国石油启动45/80国产大化肥项目重大科研专项开发，研发自主知识产权的合成氨、尿素工艺包，并建设了中国石油宁夏石化公司第三套化肥装置，合成氨装置生产能力1500t/d ，尿素装置生产能力2640t/d ，全部关键设备实现国产化。

其中尿素装置高压氨泵是首台国产化高速高压多级离心式高压氨泵，其作用为合成送来的液氨，通过高压氨泵从2.5MPa 加压到17.9MPa ，注入高压喷射器，然后进入高压甲铵冷凝器顶部。

重要厂用水泵螺栓紧固件断裂的原因分析及处理发布时间：2021-12-28T09:00:30.758Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：薛峰吴为华唐宾阳[导读] 2021年7月，X电站维修人员现场执行1台重要厂用水泵轴封水泄漏量调整过程中，发现盘根压盖螺柱断裂，立即停泵对该螺柱进行了更换，针对此次盘根压盖螺柱断裂事件，分析及确定导致螺柱断裂的原因，提出相应的处理方案，防止类似事件重发。

薛峰吴为华唐宾阳福建宁德核电有限公司机电部福建省福鼎市摘要：2021年7月，X电站维修人员现场执行1台重要厂用水泵轴封水泄漏量调整过程中，发现盘根压盖螺柱断裂，立即停泵对该螺柱进行了更换，针对此次盘根压盖螺柱断裂事件，分析及确定导致螺柱断裂的原因，提出相应的处理方案，防止类似事件重发。

关键字：重要厂用水泵；螺柱；断裂 Cause analysis and treatment of bolt fastener fracture of important service water pump Xue Feng, Wu Wei hua，Tang Binyang (Fuding City, Fujian Province, electromechanical Department of Fujian Ningde Nuclear Power Co., Ltd.) Abstract: in July 2021, the maintenance personnel of x power station found that the packing gland stud was broken and immediately stopped the pump to replace the stud, In view of the packing gland stud fracture event, the causes of stud fracture are analyzed and determined, and the corresponding treatment scheme is put forward to prevent the recurrence of similar events. Key words: important service water pump stud fracture1.概述重要厂用水泵（SEC泵）是核电站的重要设备，为核电站设备冷却水系统RRI/SEC热交换器服务，将核岛各种设备和乏燃料散发的热量最终传递到自然界（大海），是核岛的最终热阱。

尿素高压氨泵事故浅析及预防措施摘要：因高压氨泵P101是尿素的核心设备之一，它的稳定运行是整个尿素装置的稳定运行的关键，一旦该泵故障，将严重影响尿素装置的安全运行。

关键词：高压氨泵事故断裂损坏中原大化尿素装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，采用该公司开发的氨气提法尿素生产工艺，高压氨泵P101A/B是美国胜达因厂生产的双级卧式高速离心泵，叶轮为全开式。

主要作用是将氨升压泵P105送来的液氨加压至22～23MPa，送到你尿素合成塔R101里。

该泵辅有冲注水系统，润滑油系统及仪表联锁控制系统。

1、发生的事故：1.1.P101A断轴烧瓦及齿轮断齿现象：91年12月份P101A启动后运行比较平稳，大约1小时后主控发现该泵电流、压力波动，振值、位移异常，到现场发现泵输入轴端轴承出冒烟，立即停泵，同时泵输入轴联轴节与泵脱离甩到地上，确认低速轴断轴。

后修复安装试车，运行十几个小时后，泵振动、位移高跳车，揭开齿轮箱盖检查发现齿轮断齿。

原因：①断轴烧瓦主要原因是油进水后乳化变质，开泵后油温逐渐升高，到一定程度，导致油膜破坏，润滑不良，造成轴瓦合金严重烧熔，将轴抱死。

②齿轮断齿原因是断轴所造成的“内伤痕”。

1.2.P101A叶轮断裂现象：92年7月份P101A出现振动高跳车，拆泵检查发现一级叶轮前端锥体开焊，断开约5mm宽的缝。

93年1月P101B出现类似情况，不同的是P101B 振值逐渐增大至跳车。

原因：叶轮锥体焊接质量有问题。

1.3.P101A/B二级泵盖冲刷现象：91年发现P101A/B二级泵盖有被冲刷至沟槽的现象。

原因：①P101出口严重超压，有时高达260 bar。

②液氨有大量触媒粉。

处理：通过提高液氨温度降低出口压力，运行后未曾出现过冲刷现象。

1.4.P101超压超电流现象：试车过程中，P101一直超压超电流，既偏离了设计条件运行，又造成了机封的损坏及泵盖的冲刷。

原因：合成来液氨温度低所致，严重是在0℃左右，而设计条件是20～40℃，经过提高液氨温度后出口压力大为降低，电流也降至106bar以下。