摘要：天然气管线安全阀是重要的泄压保护装置，而连接阀盖与阀体的螺栓则是安全阀最关键的零部件。虽然连接螺栓设定的安全系数较高，但螺栓由于材料、环境、过载等原因容易发生断裂或其他失效形式，失效螺栓一般为1根或小部分，螺栓发生全部失效的情况比较少见。针对某油田输气管线上一弹簧式安全阀8根双头螺栓全部断裂事故，采用理论与试验相结合的方法，对螺栓进行了光学显微分析、扫描电子显微镜微观分析、尺寸变化分析以及材质理化性能分析，并对螺栓的受力作了详细计算和分析。结果表明：预紧力矩过大和氧腐蚀导致4根螺栓产生了疲劳断裂，另4根螺栓的断裂则属于过载断裂。最后提出了有针对性地解决措施并取得了良好效果。

关键词：输气管线；螺栓；安全阀；螺纹；断裂；疲劳；预紧力矩；案例分析

    安全阀是天然气开采和集输系统上必不可少的安全保护装置^[1～2]，连接阀盖与阀体的螺栓是安全阀最关键的零件，如果连接螺栓失效将很容易导致安全事故。由于螺栓的材料、加工、装配、服役环境等因素造成螺栓松动乃至断裂的情况时有发生^[3～7]。如某油田天然气管线上一弹簧式安全阀使用不到2 a 8根双头连接螺栓发生断裂(断裂螺栓材质为B7合金钢，管线设计压力为5.75MPa，工作压力为4.8MPa，螺栓发生断裂时管线内气体压力未出现异常)，螺栓断裂后阀盖飞出。为查找螺栓断裂原因，笔者对螺栓的宏观形貌、尺寸、微观形貌、理化性能和受力等进行了分析。

    安全阀上断裂的8个螺栓的相对位置及方位和断口宏观形貌见图1，4#、5#、6#、7#螺栓断裂于承受载荷最集中的螺母端面螺纹根部并且表面可见明显锈迹，螺栓断口整体呈45°。与阀盖上8个螺栓断口对应的阀体上的8个螺栓断口形貌见图2，4#、5#、6#、7#螺栓光杆处直径基本无变化，1#、2#、3#、8#螺栓光杆处缩颈明显并且4个螺栓可见明显弯曲。

    在光学显微镜下观察8根螺栓断口附近螺纹，发现4#、5#、6#、7#螺栓螺纹根部均有裂纹，而1#、2#、3#、8#螺栓螺纹根部均无裂纹。

    对8根断裂螺栓及4根同批完好螺栓光杆处进行外径测量，对比发现断裂的8根螺栓均发生了颈缩变形，其中1#、2#、3#、8#螺栓颈缩变形较大，4#、5#、6#、7#螺栓颈缩变形较小，即断裂的8根螺栓均发生了塑性变形并且被拉长。

    对螺栓伸出拧紧螺母端面长度进行测量时发现伸出量有很大差异，伸出量最大的7*螺栓比最小的2#螺栓大4mm。

    阀盖上的8个螺栓光孔均发生了月牙形磨损或挤压变形成为椭圆形，其中椭圆长轴沿径中心。对光孔长轴和短轴进行测量并计算椭圆度，发现1#、2#、3#、8#光孔比4#、5#、6#、7#光孔椭圆度大(光孔编号与螺栓编号一一对应)。

    对螺栓断口进行扫描电子显微镜观察可见1#、2#、3#、8#螺栓断口呈韧窝状形貌，4#、5#、6#、7#螺栓螺纹根部附近断口发现有贝壳状疲劳扩展形貌，疲劳形貌见图3。对6#螺栓螺纹根部裂纹内产物进行能谱分析，结果显示产物主要元素为Fe、C、O，其中O元素质量百分含量达到27%。