上海戎鈦閥門制造有限公司是【閥門】專業(yè)生產(chǎn)廠家。以質(zhì)量求生存、以誠信求發(fā)展、擁有支集科研、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)于體的高素質(zhì)員工隊(duì)伍，技術(shù)力量雄厚、生產(chǎn)工藝先進(jìn)。精良的加工設(shè)備、完善的檢測設(shè)備、健全的質(zhì)量保證體系，確保了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)對(duì)能源的需求量急劇上升，作為重要能源之的石油，供需矛盾日漸突出。顯然，加快開發(fā)高含硫油氣田的全套技術(shù),是中國石油天然氣集團(tuán)公司項(xiàng)有遠(yuǎn)見的戰(zhàn)略措施，不但十分必要，而且是當(dāng)務(wù)之急。在含硫油氣田開采中, 由于硫化氫的強(qiáng)烈腐蝕作用, 就要求設(shè)備及材料能夠滿足抗硫化氫腐蝕條件。為此，我們對(duì)消耗量相當(dāng)大的川西含硫油氣田鑄造井口閥門進(jìn)行了拆檢研究(共拆檢兩只閥門)。
拆檢前的外觀檢查
1號(hào)閥門的檢查情況: 閥體、閥蓋、軸承座外表面漆層大部分脫落； 閥體的兩端及閥蓋有明顯的銹蝕；軸承座有部分銹蝕；閥桿頂部光亮無蝕；軸承座開孔處有黑色沉積物。
2號(hào)閥門的檢查情況: 閥體、閥蓋漆層部分脫落；兩端法蘭漆層脫落處有明顯的銹蝕；軸承底漆大部分脫落，并有少量的紅色銹物；閥桿頂部光亮無蝕，中間部位有黑色沉積物。
拆檢結(jié)果分析及建議
由于研究經(jīng)費(fèi)有限，本次拆檢的井口閥門數(shù)量有限。送檢的閥門屬于早期生產(chǎn)的產(chǎn)品，但從腐蝕程度評(píng)估，這些閥門的服役時(shí)間較短。這里，筆者提出的只是些初步的看法，要獲得更準(zhǔn)確可靠的結(jié)論，仍有待于對(duì)大批量閥門的普查與研究。
1.手輪
手輪是啟閉閥板的零件，為鑄鋼件，拆檢情況良好，但其配合件青銅螺母配合表面有大量擦傷拉毛現(xiàn)象，手輪設(shè)計(jì)有待于改進(jìn)。分析認(rèn)為，當(dāng)裝配手輪時(shí)，如果手輪內(nèi)孔有毛刺或碰傷，裝配不進(jìn)時(shí)，現(xiàn)場工人可能會(huì)強(qiáng)行裝配，從而將銅螺母拉毛。建議將手輪內(nèi)孔設(shè)計(jì)為內(nèi)錐孔，銅螺母配合面為外錐面，以便于拆卸和裝配。
2.閥桿銅螺母
拆檢發(fā)現(xiàn)，閥桿銅螺母的梯形螺紋完好，只有與手輪配合的外表面及鍵槽處被嚴(yán)重拉毛，造成裝配困難。直觀的感覺是銅螺母太長，若經(jīng)強(qiáng)度校核后，銅螺母長度可以縮短，則不僅可節(jié)省銅的用量，也可減少相應(yīng)的閥桿材料用量。
閥門采用這種銅螺母的優(yōu)點(diǎn)是:(1)便于拆卸；(2)與硫化氫介質(zhì)隔離。缺點(diǎn)是由于銅材外露，易受到人為破壞，從而有可能導(dǎo)致重大事故。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)人為破環(huán)因素的防范。根據(jù)美國抗硫閥門的技術(shù)規(guī)范MR―01―75的規(guī)定， 抗硫銅合金只允許使用鋁青銅。但這種閥的設(shè)計(jì)，實(shí)際上已將硫化氫基本密封在閥內(nèi)，閥桿處銅螺母是否允許采用其它非抗硫材料，有待進(jìn)步討論。
3.軸承座
拆檢發(fā)現(xiàn)，軸承座下腔有少量黑色腐蝕產(chǎn)物，可能與微量硫化氫的滲漏有關(guān)，其它部位(尤其是內(nèi)螺紋)完好，無腐蝕。軸承座用騎馬螺釘進(jìn)行軸承定位，不利于推力球軸承間隙的調(diào)節(jié)。在高腐蝕性氣體條件下，騎馬螺釘易銹死，造成拆卸困難。建議設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這結(jié)構(gòu)予以改進(jìn)。
4.推力球軸承
拆檢下來的推力球軸承有不同程度的銹蝕。該處實(shí)際上與硫化氫介質(zhì)是隔離的，但從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，銅螺母上只有下密封圈而沒有上密封圈，由于大氣中腐蝕性潮氣及晝夜溫差，在鋼表面的結(jié)霜及附著的露水，極有可能從調(diào)節(jié)螺母與銅螺母之間的間隙處進(jìn)入軸承腔，引起軸承各零件銹蝕，而且閥桿的取向位置不同(垂直或平行于地面)，軸承銹蝕程度就有所不同。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮推力球軸承的密封問題。
5.填料壓蓋
填料壓蓋銹蝕較嚴(yán)重。壓蓋用于調(diào)節(jié)填料的密封，尤其在有微量硫化氫滲漏時(shí)，要予以調(diào)節(jié)擰緊。若壓蓋銹死， 則填料將不能起調(diào)節(jié)密封作用，這將嚴(yán)重影響閥門的工作性能。建議壓蓋改用耐蝕性較好的不銹鋼制造。
6.填料環(huán)和密封圈
拆卸兩閥門時(shí)發(fā)現(xiàn)，在閥桿處有5只聚四氟乙烯填料環(huán)。只閥門的閥蓋處有只橡膠密封圈已變形，而另只閥門閥蓋處的聚四氟乙烯密封圈基本完好。另外，在閥桿螺母處有只小的橡膠密封圈基本完好?？偟膩砜?，聚四氟乙烯填料環(huán)和密封圈均未損傷，抗硫化氫性能良好，而橡膠密封圈則老化、變形。建議在抗硫化氫閥門的彈性密封處采用聚四氟乙烯或較穩(wěn)定的氟橡膠作密封材料。
7.閥桿
拆卸下的閥桿完好，僅光桿面上有少量銹蝕和點(diǎn)蝕,考慮閥門在強(qiáng)腐蝕性硫化氫介質(zhì)條件下工作多年，可認(rèn)為閥桿材料是基本合格的。筆者認(rèn)為，閥桿各部分工作應(yīng)力大小極不匹配；工作槽槽根加工為銳角，易引起應(yīng)力集中，從而誘發(fā)高應(yīng)力腐蝕條件下的硫化氫應(yīng)力腐蝕破壞。為此，建議對(duì)閥桿設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外，梯形螺紋的根角半徑是取標(biāo)準(zhǔn)值還是考慮應(yīng)力腐蝕因子而加大根角半徑，是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題。
閥桿是閥門重要的受力件，也是易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂而使閥門失效的零件。在閥桿設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)在材料選擇、加工制造、熱處理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面制訂出詳盡的技術(shù)規(guī)范。
8.閥蓋
拆卸下的閥蓋除銹蝕外，基本完好。據(jù)四川石油管理局勘察設(shè)計(jì)研究院的拆檢報(bào)告，閥蓋材料為45號(hào)鋼，硬度為202～304HB，超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的187～225HB。其主要的化學(xué)成分C,Mn,Si,P,S含量合格，有害元素含量低。閥蓋是接觸硫化氫介質(zhì)的重要零件之， 建議改用鍛件制造。有下列幾點(diǎn)值得注意。
(1)閥蓋內(nèi)腔所有臺(tái)階處圓角都很小，是機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)定的自然圓角?？紤]到閥蓋是在硫化氫腐蝕性介質(zhì)中承受高應(yīng)力的元件，由機(jī)械加工形成的尖角處很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中及隨后發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂，建議閥蓋設(shè)計(jì)時(shí)充分加大所有的圓角過渡半徑。這原則應(yīng)貫徹到所有抗硫設(shè)備元件的設(shè)計(jì)中。閥蓋zui小壁厚處的強(qiáng)度也應(yīng)進(jìn)行校核，與閥體相匹配。
(2)若閥蓋熱處理硬度過高，將導(dǎo)致鋼材在H2S介質(zhì)中受硫化氫應(yīng)力腐蝕破環(huán)而早期失效。這次拆檢閥門的閥蓋zui高硬度達(dá)304HB(相當(dāng)于33HRC)，對(duì)硫化氫介質(zhì)下工作的壓力容器來說是危險(xiǎn)的。造成這種硬度超標(biāo)的原因可能與淬火后回火溫度不足有關(guān)，建議采用特制的硬度銼或硬度針做現(xiàn)場普查。若在用的閥蓋及閥體硬度超標(biāo)，應(yīng)盡早更換，以防萬。
(3)閥蓋材料的含碳量似乎偏高， 對(duì)于抗硫化氫閥門的閥蓋，建議用含碳量較低的低合金鋼制造(如用20CrMo或含碳量更低的低合金鋼CrMo代替現(xiàn)行的45號(hào)鋼)。同時(shí)熱處理保證其硬度≤22HRC和夏比沖擊韌性≥70J。
9.閥板
拆卸下的閥板整體腐蝕嚴(yán)重，但閥板密封面堆焊層狀態(tài)良好。閥板的T形槽根部為尖角過渡，易引起應(yīng)力集中，這是導(dǎo)致閥板損壞的主要原因之。建議將T形槽根部改成圓角過渡，或設(shè)計(jì)成弧形T形槽。閥板是在高腐蝕性介質(zhì)下的活動(dòng)零件，顯然，閥板大面積腐蝕將誘發(fā)種種閥門故障(如氣體泄漏等)。 建議采用耐蝕性較高的鋼材制造。
10.閥體
拆卸下的閥體除內(nèi)腔均勻腐蝕和外部脫漆銹蝕外，基本結(jié)構(gòu)完好。但研究認(rèn)為，此閥體不宜為抗硫化氫閥門所采用。
閥體的法蘭盤過厚且厚薄不均，熱處理時(shí)會(huì)引起附加的淬火內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致淬火裂紋。建議對(duì)法蘭盤厚度作強(qiáng)度校核。法蘭盤連接為8個(gè)M25螺栓，按閥門允許的zui大工作壓力25MPa和閥體通孔直徑65mm估算，法蘭可能承受的zui大軸向載荷為81.4kN，每個(gè)螺栓以凈截面積314mm2計(jì)算，其zui大拉應(yīng)力僅為33MPa，不到JB4294.1―86標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的螺栓zui小屈服強(qiáng)度的1/15，這說明現(xiàn)有閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理。使用中大多數(shù)螺栓斷裂并不是由于工作應(yīng)力太大，超過螺栓屈服強(qiáng)度引起的，相反，主要是在硫化氫介質(zhì)條件下，螺栓屈服強(qiáng)度過大，對(duì)硫化氫非常敏感，zui終由硫化氫應(yīng)力腐蝕破壞引起的。設(shè)計(jì)部門對(duì)此應(yīng)有足夠的認(rèn)識(shí)，不應(yīng)味追求鋼的高強(qiáng)度和螺栓的大直徑。
11.螺栓和螺母
由于閥門均未帶法蘭連接螺栓，故拆檢中未涉及。從管理的角度考慮，為防止螺栓銹死,現(xiàn)場對(duì)螺栓、螺母的定期涂漆或涂油防銹是有效的補(bǔ)充措施。另種解決方案是對(duì)螺栓、螺母進(jìn)行表面鍍鎳,可大大便利現(xiàn)場工人的維修和管理。
螺栓和螺母是閥門中承受高應(yīng)力的零件 ，承受閥體的zui大關(guān)井壓力，還有本身的裝配應(yīng)力。由于法蘭連接處硫化氫的微量泄漏難以避免，故螺栓發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的危險(xiǎn)性較大，應(yīng)選擇抗硫化氫應(yīng)力腐蝕破壞的材料。JB4294.1―86標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定沉淀硬化不銹鋼和40CrMnMo鋼制造抗硫螺栓，選擇范圍小。根據(jù)美國防腐工程師協(xié)會(huì)推薦的MR―01―75標(biāo)準(zhǔn)，大部分抗硫鋼材都可制造螺栓和螺母。建議今后在這方面做些實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，選擇制造成本低及工藝性能好的材料制造螺栓和螺母。
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