闸阀阀座变形原因分析及改进措施.pdf

2 0 1 0年 第 3 9卷 第 8期第 4 9页 石油 矿场 机械 OI L F I E LD E QUI P MENT 文 章 编 号 1 001 3 4 82 2O 1 0 08 0 0 49 04 闸阀阀座变形原 因分析及 改进措 施 潘 志勇 ， 刘文红 ， 宋 生印 ， 申昭熙 ， 路彩虹 ， 刘永 刚 中国石油集团石油管工程技术研 究院 石油管工程重点实验室 ， 西安 7 1 0 0 6 5 摘要 针对 一起 闸阀 阀座 变形 失效事 故 ， 采 用理 论 与试验 相 结合 的方 法 ， 对 闸阀进 行 了宏观 分析 、 微 观分 析 、 阀板厚 度 分析 以及 材质 理化 性 能检验 。结果表 明 ， 阀板 加 工质 量差和 阀座装 配 不 当导 致 阀 座受到阀板大的挤压力和摩擦力作用产生变形。提 出了改进措施， 取得 了良好效果。 关键词 闸阀； 阀座 ； 变形； 挤压 ； 摩擦 ； 失效分析 中 图分类 号 TE 9 2 7 ． 7 文 献标 识码 A An a l y s i s o n De f o r ma t i o n o f Ga t e Va l v e S e a t a n d I mpr o v e me n t PAN Zh i y o ng。 I AU W e n ho ng， S ONG She n g yi n， SHEN Zha o xi ， LU Ca i ho ng， LI U Yo ng g a n g CNPC’ Ke y La b o r a t o r y f o r Oi l Tu b u l a r Go o d s En gi n e e r i n g， Tu b u l a r Go o d s Re s e a r c h Ce n t e r o f CNPC． X ’ a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a Abs t r a c t De f or ma t i o n f a i l ur e s t ud y on va l ve s e a t wa s c a r r i e d o ut t hr ou gh t h e o r y a n d t e s t s ． M a c r o s c op i c a na l ys i s， mi c r o s t r u c t u r e a n a l ys i s ， v a l v e bl oc k’ S t hi c kne s s a na l y s i s a nd m a t e r i a l ’ S c h e mi c a l a nd p hys i c a l p r op e r t i e s t e s t s we r e do ne f or f a i l u r e g a t e va l v e ．Th e r e s ul t s s ho w t h a t t he v a l v e s e a t s be c a me de f o r m a t i on b y v i r t u e o f e f f e c t of g r e a t e x t r us i o n a nd f r i c t i o n f or c e c o m i ng f r o m v a l v e bl o c k， a l l t hi s wa s owi n g t o v a l v e bl o c k’ S p oo r m a n uf a c t u r i ng q u a l i t y a nd i m p r op e r ma t c ～ hi ng be t we e n va l v e s e a t a nd v a l v e bo dy ． The i mp r o v e me nt s we r e ma d e a t t he e n d of t h i s p a s s a g e a nd g oo d r e s ul t s ha d be e n ob t a i ne d． Ke y wo r d s g a t e v a l v e； va l ve s e a t ； d e f o r ma t i o n； e x t r us i o n； f r i c t i on； f a i l ur e a n a l ys i s 闸 阀是 一 种使 用 广 泛 的 阀 门 ， 主 要 用 来 接 通 和 截断 管路 中 的介 质 l 】 ] 。根 据 密封元 件形 式 的不 同闸 阀可 分为 楔形 闸 阀 、 平 行 式 闸 阀 、 楔 形 双 闸板 闸 阀 、 平 行 双 闸板 闸 阀 等 。 闸 阀可 采 用 自密 封 方式 密 封 ， 也 可采 用强 制 密封 。 由于 强 制 密封 可 靠 性 高 ， 在 石 油 化工 行业 使用 较 为普遍 。 楔 形 闸阀靠 楔形 阀板 上 的两 密封 面和 阀座 上 的 两 密封 面楔 入 时的 紧 密结 合来 达 到 密 封 ， 由 于楔 入 过程 中密封面要承受大的挤压力和摩擦力 ， 所 以密 封 面容 易发生 损 伤而 导致 泄漏 。为提 高楔形 闸阀 的 可靠性和延长其使用寿命 ， 很多学者从材料 、 结构和 受力 等 方 面进行 了研 究 ] ， 但现 场 楔形 闸 阀失效 事 故仍时有发生， 有些甚至在使用一次或几 次后就发 生 了失 效 ， 给生 产 带 来 了很 大 的安 全 隐患 。本 文 研 究 的失效 闸 阀 为 XF F 6 5 6 0楔 形 闸 阀 ， 在 油 田现 场 第 1次水压试验后就产生 了失效。试验 中工作人员 关 闭闸 阀后 开启 ， 再 次 关 闭 闸 阀后 发 现 闸 阀未 能 截 止水 流 。本文 以该 起 闸 阀失 效 事 故 为 研 究 对 象 ， 分 析闸阀失效的原因， 探讨避免此类事故发生 的措施 和方 法 。 收 稿 日期 2 0 1 0 0 1 0 8 作者简介 潘 志勇 1 9 7 6 一 ， 男 ， 湖北天 门人 ， 工程师 ， 硕士 ， 2 0 0 6年毕业 于 中国石油大 学 北京 ， 主要从 事石 油管方面 的研 究 和技 术服务工作 ， E ma i l p a n z y t g r c ． o r g 。 石油 矿 场机 械 2 0 1 0年 8月 1 宏 观 分 析 剖 开闸 阀本体 后 发 现 闸 阀 内部 A 阀 座 已发 生 大 的变形 如 图 1 ， A 阀座 局 部 内凹 、 变 形 严 重 ， 左 下 侧部位 已脱 离和本 体 的螺纹 啮合 。 图 1 本体 剖开后 的 A 阀座外观 图 2 A阀座外观形貌 A 阀座 外观形 貌 如图 2 ， 表面 可 见 I、 Ⅱ和 Ⅲ三 处破碎 区， 表面硬化层和基体分界明显 ； 区域 I两条 裂纹 均从 圆 内侧 贯穿 到 圆外侧 ， 表 面硬 化 层 及 附近 基体 有 向阀板开启 方 向较小 的残 留位 移 ； 区域 Ⅱ破 碎严重， 靠圆内侧裂纹处表面硬化层有脱落 ， 表面可 见 3条从圆内侧贯穿到圆外侧的裂纹 ， 裂纹平行于 阀板开启方 向， 表面硬化层及附近基体有 向阀板开 启方 向的残 留位移 ； 区域 Ⅲ裂纹呈 9 0 。 三角形 ， 自圆 内侧两处延 伸 相汇 于 端 面 中部 ， 靠 圆 内侧 裂 纹 处 表 面硬 化层有 脱落 ， 表 面硬 化 层 及 附 近基 体 有 向 阀板 开启 方 向较 小 的残 留位 移 。 A 阀座 端面 区域 Ⅱ和 区域 Ⅲ局 部 破碎 严 重 ， 区 域 Ⅱ分布有 2处发射状小裂纹 ， 显示挤压破碎形貌 ， 区域 Ⅱ还可 见从 圆 内侧 点 1到圆外侧 点 2再到 圆内 侧点 3的圆弧线挤 压痕 迹 如 图 2 。 B阀座变 形成 椭 圆形 ， 其 中短 轴 方 向平 行 于 阀 板开启 方 向 。阀板 A 面与 A 阀座 密封面 相接触 ， 外 观形貌 如 图 3 ， 区 域 Ⅳ倒 角处 有 粘 结 金 属 粒 。阀 板 B面完好 ， 未见 损伤 。 图 3阀板 A面外观形貌 2 阀座表面微 观分析 对图 2中的区域 Ⅱ进行 电子显微镜观察 ， 如图 4 ， 可见裂纹 以集 中区 图 中双 点划 线 圆 为 中心 呈放 射状 挤压破 碎形 貌 ， 所 以 区域 Ⅱ受 到 了局 部挤 压 作 用。对区域 Ⅱ平整处显微观察发现有摩擦损伤形貌 如 图 5 。 图 4 A 阀座 区域 Ⅱ微观形貌 石油 矿 场机 械 2 0 1 0年 8 月 a阀板正常位置 b 阀板极限位置 C 阀座正常位置 图 8 阀板极限位置示 意 6改进措施及效果 a 改 进 阀板 两 环形 密 封 面 的加工 工 艺 ， 在保 证 两密封 面平 面度 的 同时保 证 两密封 面的对称 性 。 b 安装新 的阀 座 ， 调整 阀座 两 密封 表 面 间楔 形 空 间至阀板 移动 到预定位 置 时达到 良好密封 。 c 加强对使用前和使用后 闸阀的检测 ， 避免 有损伤或存在其他缺陷的闸阀进入现场使用。 d 安装 新 的 阀板 和 阀 座 后 重 新 对 闸 阀进 行 水 压试验 ， 结果 合格 ， 后期油 田现 场对 闸阀开启 和关 闭 3 2次也 未发现 闸 阀发 生泄 漏或损 坏 。 7 结 论 1 阀板两侧楔形表面平面度差， 两侧平面与 中心 面不对 称 ， 严重 影 响了 阀板 和 阀座 的密 封性 能 ， 并 且 导致阀板 楔人 和开启 过程 中对 阀座表 面产生 过 大 的局部挤 压力 和摩擦力 。 2 A 阀 座 和 B 阀座 装 配 位 置 不 当 导 致 两 密 封表面问楔形空间过大 ， 阀板移 动到预定位置时和 阀座不 能产生 紧密 密封 。 3 A 阀座 和 B阀 座 受 到 阀 板 大 的 挤压 力 和 摩 擦力作 用导 致变形 。 4 改进后 的 阀座满足 了使 用要求 。 参 考文献 [ 1 ] 殷连波． 楔式 闸阀密封件 结构及 其工艺 性分析 [ J ] ． 阀 门 ， 1 9 9 7 2 2 5 2 8 ． [ 2 ] 陈浩 ， 梁爱武 ， 李悦钦 ， 等． 井 口装置 的失 效分析[ J ] ． 石油钻采工艺 ， 2 0 0 4 ， 2 4 7 6 5 ～ 6 7 ． [ 3 ] 张建华 ， 王芳 ， 尤 广泉． 闸阀的常 见故障分 析与改进 措施[ J ] ． 阀门 ， 2 0 0 9 3 4 0 4 3 ． r 4 ] Go d a r e W L， Ne v e C G， Ra r d i n R W ． Ga t e v a l v e t e c h n o l o g y d e s i g n s f o r t h e t i me s [ R ] ． S P E 6 7 3 7 一 MS ， 1 9 9 1 ． [ 5 ] 倪平． 铸钢楔式 闸阀的优化设计[ J ] ． 阀门 ， 2 0 0 8 2 1 6 ． [ 6 ] 钟功祥 ， 吕治 中， 梁政． 高压 闸阀 阀板 与阀座摩 擦 因 数的试验研究 [ J ] ． 石 油矿场机械 ， 2 0 0 8 ， 3 7 2 5 9 6 1 ． [ 7 ] 徐 宏． 楔 式 闸 阀结 构 的改 进 [ J ] ． 阀 门， 1 9 9 8 2 2 4 2 6． [ 8 ] 李军业． 弹性楔式 闸阀阀体应力及位移分析[ J ] ． 阀门 ， 2 0 0 3 1 2 - 6 ． [ 9 ] S Y ／ T 5 1 2 7 --2 0 0 2 ， 井 口装置和采 油树规范E S ] ．