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某电站蒸汽管道抗甩击装置高强螺栓断裂事件的原因分析


某电站蒸汽管道抗甩击装置高强螺栓断裂事件的原因分析 【摘要】 针对某电站蒸汽管道抗甩击装置发生的一起大六角头高强螺栓连接 副断裂质量事件, 通过查阅设计图纸和竣工文件中的施工记录,建立断裂螺栓受 力状态下的力学模型, 应用静力学基本原理对断裂事件原因进行理论分析,判断 高强螺栓连接副断裂主要原因属超拧破坏, 并对可能造成断裂的其它原因进行关 联分析, 希望通过对事件原因的探讨,

促进技术管理人员加深对规范要求的理解, 增强工艺质量控制意识。 【关键词】高强螺栓断裂原因 分析 1、事件描述 2010 年 3 月,某电站生产部运行人员例行巡检时,在电站一过道上发现一 颗截断的大六角高强螺栓头,考虑坠落上方为蒸气管道抗甩击装置的钢结构支 架, 其主要功能是在主蒸汽管道发生破裂的事故工况下约束蒸汽管道甩击作用对 厂房结构的破坏,因为和电站安全运行相关,电站运行部门、技术部门联合对电 站 1#、2#机组的蒸气管道抗甩击装置的钢结构支架进行全面检查,结果又在 不同的节点部位发现 2 根大六角头高强螺栓断裂, 事件说明此蒸气管道抗甩击装 置的钢结构高强螺栓断裂非偶发事件,鉴于抗甩击装置的重要性,必须对断裂事 件的原因进行分析,消除隐患,防止重大事故发生。 2、事件原因分析 通过查阅设计文件, 蒸汽管道正常运行情况下抗甩击钢构架与管道之间保持 有一定的间隙, 钢构架除了承受自身重量和恒力吊架荷载外,不承受其它的荷载 作用,设计规定的高强螺栓施工预拉力值为 254KN。 本文依据查阅的竣工资料和施工记录以及断裂高强螺栓现场实际受力状态 及断裂高强螺栓的截面破坏特征,对此次高强螺栓断裂事件进行详细分析。 2.1 设计、施工参数 1)竣工资料中的施工记录数据 2)施工图纸中的设计数据 3)高强螺栓连接副产品质量保证书记录数据 2.2 事件原因分析 1) 违反施工规范 根据规范《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-2001 要求,高强螺栓连 接副的终拧扭矩 Tc = K*Pc*d,其中 K = 0.149、Pc = 250KN、d = 24mm, 据此求得: Tc = 0.149*250*24 = 894Mpa 根据竣工资料中的施工记录数据:Tc = 1000Mpa(此终拧扭矩值未考虑施 工正误差和力矩扳手本身的负误差) ,本事件中高强螺栓连接副施工超拧比例: (1000-894)/894 = 11.8% 因为竣工资料中未发现本事件中高强螺栓连接副的扭矩系数复检记录, 终拧 扭矩仅根据高强螺栓连接副产品质量保证书记录的扭矩系数计算, 根据高强螺栓 连接副的扭矩系数控制值不大于 0.15 的要求,产品质量保证书记录的扭矩系数 已经近似等于 0.15, 本论文不对厂家产品质量保证书记录的扭矩系数是否真实进 行评价, 但如果本事件中使用的高强螺栓连接副实际扭矩系数小于厂家产品质量 保证书记录的扭矩系数,可以肯定,本事件中的超拧比例会更大。 2) 超拧引起截面最大主拉应力超过承载能力 ①记录荷载条件下截面内力计算(选择 M24× 185) 摩擦紧固型大六角头高强螺栓连接副螺杆在正常情况下受力(无外加剪力) 示意图如下,图示 K 点为截面上剪应力最大的点: a) 轴向拉力 P 及轴向拉应力 σX : 轴向拉力等于施工预拉力,施工预拉力根据公式 Tc = K*Pc*d 导出, P = Pc =≈ 280KN M24 高强螺栓有效截面面积:3.525× 102mm2 轴向拉应力 σX === 794.3MPa b)扭矩 m 及 τx 截面扭矩按终拧扭矩计,Mn =

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