全国首例2×350MW超临界机组锅炉钢架高强度螺栓断裂原因分析 .pdfVIP

全国首例2×350MW超临界机组锅炉钢架高强度螺栓断裂原

因分析

摘要】国电兰州热电有限责任公司锅炉钢架安装期间发生高强度螺栓断裂缺陷。

本文详细分析了高强度螺栓断裂的原因，提出相应的解决方案，为国内其他火电

项目建设处理类似问题提供了借鉴经验。

【关键词】锅炉钢架高强度螺栓断口分析解决方案

前言0

国电兰州热电有限责任公司2×350MW“上大压小”异地扩建工程锅炉为超临界

参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、

平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉。蒸汽参数为

25.5MPa/571℃/569℃，最大连续蒸发量为1100吨/小时。单台锅炉钢架总重量约

3100吨，共五层八段，钢架总高度79米，两台炉（含脱硝及侧煤仓）钢架均用

高强度螺栓连接，共使用M24螺栓178732套，M22螺栓161451套。

一、事件经过：

工程建设自#2锅炉钢架大板梁吊装后，第五层上段63米至72米垂直支撑连

接板处终紧完成的高强度螺栓有4套脱落，对两台锅炉整体排查发现#1炉三层以

上同样部位也有少量同类型螺栓断裂情况。经过105天连续检查，#2锅炉钢架

总共发现257套高强度螺栓断裂螺栓，152套裂纹螺栓，共计409套存在质量缺

陷螺栓，安装位置均在63米至72米垂直支撑连接板处。#1锅炉钢架高强度螺栓

共计发现19套断裂螺栓，安装位置均在33米至72米垂直支撑连接板处（附

图）。之后，两台锅炉钢架未再发现新增缺陷螺栓，上述断裂共涉及14个批次

28540套高强度螺栓，全部是M24规格。

以上高强度螺栓全部送国家专业检测机构按照GB/T3632-2008《钢结构用扭剪型高强度螺

栓连接副》规定对连接副紧固轴力、螺栓楔负载、螺母保证载荷、螺母硬度、垫圈硬度五项

内容进行检验，全部合格并出了具检验报告。

二、螺栓断口分析：

高强度螺栓在终紧过程中未发现断裂现象，均为终紧后出现延迟断裂，螺栓全部是头部

与杆交接的R圆角处（附图）断裂，断口无明显塑性变形，断口呈灰色，断口大部分区域是

从中心区向四周发散的撕裂棱，且断口颜色不一致，断裂判断不是一次发生，延时断裂较为

明显。

三、检验结果：

高强度螺栓断裂以后，聘请行业和国家紧固件委员会的有关专家,对锅炉高强度螺栓断裂

问题召开了专家现场研讨会，分析高强度螺栓由于表面存在一定深度的渗碳层，表面与芯部

硬度差值超出GB/T3098.1-2010标准要求值，失效断口局部存在马氏体组织，在开裂源断口

形貌存在沿晶开裂，晶面上存在发纹，符合氢致延迟裂纹的特征。

综上所述断裂原因为：过高的表面硬度导致表面脆性增大，加载后在应力集中部位诱发

微裂纹，氢元素的存在加速了延迟断裂进程。

四、解决方案：

考虑到电厂全寿命周期安全稳定运行，经过参建单位共同讨论决定对两台锅炉钢架高强

度螺栓全部予以更换，同时更换供货厂家。对新到场的高强度螺栓在国标基础上扩大检验范

围，加倍抽检送样，在原来规范要求的5项常规验收检测项目基础上，增加了表面及芯部硬

度检测、螺栓头下圆角R处磁粉检验、螺栓头下圆角R处尺寸检测、氢脆试验4项检测项目

和到厂100%外观检查。

经过三个月的努力，两台锅炉钢架高强度螺栓全部予以换装，更换后的锅炉钢架结构、

沉降观测尺寸符合《电力建设施工质量及评价规程，DL/T5210.2-2009》锅炉部分、

《DL/T5190.2-2012电力建设施工技术规范第2部分:锅炉机组》技术规范、《电力工程施工

测量技术规程》（DL/T5445-2010)有关规定要求，整体验收合格，满足技术要求，可保证锅

炉后期长期安全稳定运行。

五、主要贡献：

属于全国电力行业1.350MW超临界机组建设首例案例，为国内其他火电项目建设处理类

似问题提供了借鉴经验。

不仅确保了工程施工安全，也彻底2.消除了机组投产后可能潜伏的安全重大隐患，确保

不会因为高强度螺栓质量问题而发生的缺陷，保证了机组安全运行。

针对本次3.高强度螺栓出现质量缺陷处理反映出的问题，向国家紧固件标准委员会有关

专家提出建议对现行国家检测标准进行适当补充完善，得到了专家认可。

至少减少一次非停事件4.