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摘要：近期某炼化装置高温热油泵轴承支架与泵盖连接处的螺栓出现断裂失效现象，严重影响了机泵的安全平稳运行，本文对螺栓断裂失效的原因进行了分析，并提出了改进建议措施，为今后避免类似状况提供了科学参考意见。关键词：轴承箱支架螺栓断裂
前言：某炼化装置塔底泵为高温热油泵，采用叶轮的两端均有轴承支撑的双支撑形式。前后端轴承箱支架与泵盖之间连接处分别配备 4套螺栓，用以将轴承箱固定在泵盖上， 4套螺栓沿泵盖均匀分布，螺栓材质为 35CrMo。近期机泵后端轴承箱与泵盖连接处的螺栓出现断裂，且断裂处均在一侧。螺栓呈脆性断裂，部分螺杆折在泵盖螺扣内无法取出，导致更换螺栓的难度增大，严重威胁了机泵安全平稳运行。因此有必要采取措施消除螺栓断裂失效这一隐患，并针对失效的原因提出相应的对策。
1、基本情况
在例行巡检过程中，发现该机泵后端大盖水套胶圈处有轻微漏水情况，后端轴承箱支架螺栓的螺母外表面锈蚀严重，且有松动的迹象，进一步检查发现 2套同侧螺栓均已断裂失效，现场情况如图 1所示。
2、宏观检查
螺栓断裂发生在螺柱中下部，断口附近未见明显的塑性变形，螺柱断裂处横截面有明显断痕，断痕贯穿整个横截面，断面凹凸不平较为粗糙，表面锈蚀严重，毫无金属光泽。螺栓外表面同样锈蚀严重，材质有受热、受潮后的脆化迹象，有明显的吸氧腐蚀。螺栓的螺纹牙底、牙面边缘极其不规则，边界不清晰，无法辨别牙底、牙面。螺柱与螺母磨损严重且已抱死，无法起到紧固作用，未见之前维护涂抹的润滑脂。如图 2所示。
3、原因分析
3.1 吸氧腐蚀
该机泵介质温度高达 350℃，由于轴承箱支架与泵盖连接处的螺栓一端固定在泵盖上，热量会从泵盖传递到螺栓，螺栓外表面温度可到 100℃以上。螺栓失效断裂前该机泵泵盖冷却水存在渗漏现象，渗漏出的水滴正巧滴在发生断裂的螺栓上。滴落到螺栓上的水滴遇热后会立刻气化，螺栓长时间受到低温冷却水的侵蚀会产生吸氧腐蚀，之前涂抹在螺栓上的润滑脂也逐渐失去保护作用，螺栓外表面锈蚀严重。产生吸氧腐蚀后，螺栓的机械强度急剧下降，最终在剪切应力的作用下发生脆性断裂。
3.2 应力集中机泵的轴承箱支架重量相对固定，根据螺栓最小拉力载荷的核算来正确选用螺栓。该机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓共计 4套，沿轴承箱支架外圆呈 90°均布。四套螺栓在起到固定轴承箱作用的同时还承受剪切应力。由于轴承箱支架与泵盖连接的螺栓只有 4套，造成每套螺栓承受的载荷相对较大，应力较为集中。另外，机泵在运行过程中，电机带动机泵转子高速转动不可避免地会产生持续的轻微振动，这种振动也会传递到轴承箱上，轴承箱支架与泵盖连接处的螺栓在交变载荷的作用下易发生疲劳断裂。
4、现场临时处置
机泵正处于运行中，由于且其备用机泵入口电动阀故障无法启动运行，无法停机彻底处理。目前采取安装卡具固定的方式将轴承箱固定。制作弓子型卡具 2套，沿机泵横向切面水平呈 180°均布两侧，卡具两端分别与机泵前后端轴承箱悬架固定，形成紧固力，进而起到固定作用。具体固定方式如图 4所示。该方案属于非常规的临时处置方案，只能起到短期、临时固定的作用，尚不可推广使用。
5、建议改进
材质升级
密封圈
本次螺栓失效與机泵大盖冷却水水套漏水有直接关系，经查泵盖夹套密封圈材质为丁晴橡胶。该密封圈材质偏低，且长期处在高温环境易发生材质劣化直至失效泄漏。建议将泵盖夹套密封圈材质升级为氟橡胶，以便更好地抵御高温环境。
5.1.2 螺栓
该机泵轴承支架与泵盖连接处的螺栓材质为 35CrMo，该材质具有良好的机械强度，抗拉压能力较为突出，可承受较大的扭矩。但鉴于该机泵属于高温热油泵，操作温度高达 350℃，因温度会传递到机泵轴承支架与泵盖连接处的螺栓，螺栓长期处于高温环境，所以建议将螺栓材质升级为耐高温性能更好的 GH2132。
设计改型
增加螺栓布置
该机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的 4套沿轴承箱支架外圆呈 90°均布，由于螺栓数量相对较少，每套螺栓承受的载荷相对较大应力较为集中。建议增加螺栓数量以便改善每套螺栓的受力情况，进而提高螺栓的稳定性。另外，即便有一、两套螺栓失效，其他螺栓也会起到一定的固定作用，风险也会相对降低。目前，新出厂的机泵轴承箱支架与泵盖连接处多采用 8套螺栓均布，运行的稳定性进一步增强。
5.2.2 增加轴承箱支撑
对于前、后端均有轴承箱的双支撑机泵，前端轴承箱轴伸端与电机轴伸端用联轴器柔性连接，客观上起到了固定轴承箱的作用，有效地减少了轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的载荷。对于后端轴承箱，由于没有了联轴器的串联，后端轴承箱的载重量需要全部依靠轴承箱支架与泵盖连接处的四套螺栓，螺栓载荷较大，易发生断裂失效。建议将后端轴承箱轴伸端增设支撑，以便减轻轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的载荷，进一步增强机泵运行的稳定性。
5.3 维护保养
机泵在更换轴承、机械密封等配件维修时普遍需要拆除轴承箱支架，轴承支架与泵盖连接处的螺栓经过拆装后经常反复使用。对于反复使用的螺栓要进行维护保养，及时涂抹润滑脂，保持螺栓的润滑良好。每次机泵检修拆下来的螺栓要进行宏观检查，做好备品备件，发现异常要及时更换，始终保持螺栓的完好可用。
6、小结
本文对机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓失效情况进行了描述，鉴于检测工具及资源的限制，未能对失效螺栓的化学成分、力学性能、微观组织进行细致检查，只通过目视对其进行宏观检查。本文着重对失效螺栓原因进行了分析、总结，描述了现场的处置情况并提出了合理的改进建议，为今后的改造提供了科学的技术依据。
前言：某炼化装置塔底泵为高温热油泵，采用叶轮的两端均有轴承支撑的双支撑形式。前后端轴承箱支架与泵盖之间连接处分别配备 4套螺栓，用以将轴承箱固定在泵盖上， 4套螺栓沿泵盖均匀分布，螺栓材质为 35CrMo。近期机泵后端轴承箱与泵盖连接处的螺栓出现断裂，且断裂处均在一侧。螺栓呈脆性断裂，部分螺杆折在泵盖螺扣内无法取出，导致更换螺栓的难度增大，严重威胁了机泵安全平稳运行。因此有必要采取措施消除螺栓断裂失效这一隐患，并针对失效的原因提出相应的对策。
1、基本情况
在例行巡检过程中，发现该机泵后端大盖水套胶圈处有轻微漏水情况，后端轴承箱支架螺栓的螺母外表面锈蚀严重，且有松动的迹象，进一步检查发现 2套同侧螺栓均已断裂失效，现场情况如图 1所示。
2、宏观检查
螺栓断裂发生在螺柱中下部，断口附近未见明显的塑性变形，螺柱断裂处横截面有明显断痕，断痕贯穿整个横截面，断面凹凸不平较为粗糙，表面锈蚀严重，毫无金属光泽。螺栓外表面同样锈蚀严重，材质有受热、受潮后的脆化迹象，有明显的吸氧腐蚀。螺栓的螺纹牙底、牙面边缘极其不规则，边界不清晰，无法辨别牙底、牙面。螺柱与螺母磨损严重且已抱死，无法起到紧固作用，未见之前维护涂抹的润滑脂。如图 2所示。
3、原因分析
3.1 吸氧腐蚀
该机泵介质温度高达 350℃，由于轴承箱支架与泵盖连接处的螺栓一端固定在泵盖上，热量会从泵盖传递到螺栓，螺栓外表面温度可到 100℃以上。螺栓失效断裂前该机泵泵盖冷却水存在渗漏现象，渗漏出的水滴正巧滴在发生断裂的螺栓上。滴落到螺栓上的水滴遇热后会立刻气化，螺栓长时间受到低温冷却水的侵蚀会产生吸氧腐蚀，之前涂抹在螺栓上的润滑脂也逐渐失去保护作用，螺栓外表面锈蚀严重。产生吸氧腐蚀后，螺栓的机械强度急剧下降，最终在剪切应力的作用下发生脆性断裂。
3.2 应力集中机泵的轴承箱支架重量相对固定，根据螺栓最小拉力载荷的核算来正确选用螺栓。该机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓共计 4套，沿轴承箱支架外圆呈 90°均布。四套螺栓在起到固定轴承箱作用的同时还承受剪切应力。由于轴承箱支架与泵盖连接的螺栓只有 4套，造成每套螺栓承受的载荷相对较大，应力较为集中。另外，机泵在运行过程中，电机带动机泵转子高速转动不可避免地会产生持续的轻微振动，这种振动也会传递到轴承箱上，轴承箱支架与泵盖连接处的螺栓在交变载荷的作用下易发生疲劳断裂。
4、现场临时处置
机泵正处于运行中，由于且其备用机泵入口电动阀故障无法启动运行，无法停机彻底处理。目前采取安装卡具固定的方式将轴承箱固定。制作弓子型卡具 2套，沿机泵横向切面水平呈 180°均布两侧，卡具两端分别与机泵前后端轴承箱悬架固定，形成紧固力，进而起到固定作用。具体固定方式如图 4所示。该方案属于非常规的临时处置方案，只能起到短期、临时固定的作用，尚不可推广使用。
5、建议改进
材质升级
密封圈
本次螺栓失效與机泵大盖冷却水水套漏水有直接关系，经查泵盖夹套密封圈材质为丁晴橡胶。该密封圈材质偏低，且长期处在高温环境易发生材质劣化直至失效泄漏。建议将泵盖夹套密封圈材质升级为氟橡胶，以便更好地抵御高温环境。
5.1.2 螺栓
该机泵轴承支架与泵盖连接处的螺栓材质为 35CrMo，该材质具有良好的机械强度，抗拉压能力较为突出，可承受较大的扭矩。但鉴于该机泵属于高温热油泵，操作温度高达 350℃，因温度会传递到机泵轴承支架与泵盖连接处的螺栓，螺栓长期处于高温环境，所以建议将螺栓材质升级为耐高温性能更好的 GH2132。
设计改型
增加螺栓布置
该机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的 4套沿轴承箱支架外圆呈 90°均布，由于螺栓数量相对较少，每套螺栓承受的载荷相对较大应力较为集中。建议增加螺栓数量以便改善每套螺栓的受力情况，进而提高螺栓的稳定性。另外，即便有一、两套螺栓失效，其他螺栓也会起到一定的固定作用，风险也会相对降低。目前，新出厂的机泵轴承箱支架与泵盖连接处多采用 8套螺栓均布，运行的稳定性进一步增强。
5.2.2 增加轴承箱支撑
对于前、后端均有轴承箱的双支撑机泵，前端轴承箱轴伸端与电机轴伸端用联轴器柔性连接，客观上起到了固定轴承箱的作用，有效地减少了轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的载荷。对于后端轴承箱，由于没有了联轴器的串联，后端轴承箱的载重量需要全部依靠轴承箱支架与泵盖连接处的四套螺栓，螺栓载荷较大，易发生断裂失效。建议将后端轴承箱轴伸端增设支撑，以便减轻轴承箱支架与泵盖连接处螺栓的载荷，进一步增强机泵运行的稳定性。
5.3 维护保养
机泵在更换轴承、机械密封等配件维修时普遍需要拆除轴承箱支架，轴承支架与泵盖连接处的螺栓经过拆装后经常反复使用。对于反复使用的螺栓要进行维护保养，及时涂抹润滑脂，保持螺栓的润滑良好。每次机泵检修拆下来的螺栓要进行宏观检查，做好备品备件，发现异常要及时更换，始终保持螺栓的完好可用。
6、小结
本文对机泵轴承箱支架与泵盖连接处螺栓失效情况进行了描述，鉴于检测工具及资源的限制，未能对失效螺栓的化学成分、力学性能、微观组织进行细致检查，只通过目视对其进行宏观检查。本文着重对失效螺栓原因进行了分析、总结，描述了现场的处置情况并提出了合理的改进建议，为今后的改造提供了科学的技术依据。