orbit阀门阀杆断裂原因和解决措施

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1、天然气处理站orbit阀门由于常年运行再加上检维修质量不过关，经常发生阀门故障，给分子筛系统正常运行带来了严重影响。而故障中对工艺系统影响最大的就是orbit阀门阀杆断裂故障，阀杆断裂后阀门开启不了，整套工艺流程被堵塞，会造成分子筛前端压力升高，压缩机憋压停机。遇上冬季要是故障的不到及时有效的处理，刚刚脱完水的分子筛的不到及时的再生会造成分子筛冻堵。   1、Orbit阀门故障起因   Orbit阀门位于天然气处理站天然气处理工艺中分子筛工艺的进出口，工艺介质为天然气，正常操作压力为3.OMPa，有压力波动;温度在50-200°C范围波动。该装

2、置自1997年投产至2006年8月检修前未发生过阀杆断裂事故。2006年8月检修时更换了一批阀杆，更换上去的阀杆材料为ASTM420，原更换下来的阀杆材料为ASTM8620。到断阀杆发生时仅服役不到半年时间。到2012年为止陆续发生阀杆断裂事故共7起。给气站的安全平稳生产造成了较大影响，分析出阀杆断裂的原因并解决阀杆问题刻不容缓。问题最终聚焦在阀杆质量问题和装配质量问题上。   2、阀杆断裂原因   为了搞清楚是否是阀杆材质出了问题，天然气处理站委托有资质的单位对阀杆进行了专业分析，分析结果如下：（a）由硬度测试看出，均符合或超过技术要求(HR

3、C33至40)从硬度值来看，更换下来的8620阀杆性能优于断裂420阀杆；（b）由化学成分分析结果两个阀杆材料均符合标准规定；（c）SEM断口分析。   由SEM断口分析可以看出，断面上存在大量显微裂纹以及垂直于微裂纹的疲劳纹，表明阀杆的脆性疲劳断裂特征。   综合分析结果可以得出结论：不管是ASTM420阀杆还是ASTM8620阀杆质量都是符合标准的，ASTM8620阀杆质量略优于ASTM420阀杆。阀杆的断裂是由于阀杆在低频交变应力作用的作用下表面应力集中处产生了疲劳裂纹，从而使材料的疲劳寿命降低，导致阀杆脆性断裂。       3、疲劳裂

4、纹产生的原因   经过专业的分析，得出阀杆断裂的原因是疲劳断裂，疲劳纹怎样产生的又成了摆在我们面前的一道难题。虽然阀杆材质有一个使用寿命，但是这个疲劳的太快了，以前用了10年都没疲劳断裂，现在用了不到半年就断裂。肯定和检维修质量有关，影响阀杆检维修质量的参数就有阀杆行程和阀门密封面安装方向。 图1阀杆示意图          根据orbit阀门工作原理知道阀门行程装配过短：阀杆密封斜面和阀芯销钉压和度不够，导致阀芯和阀座环密封不紧，阀门容易内漏。阀门行程装配过长：阀杆密封斜面和阀芯销钉压和度增大，导致阀芯和阀座环密封过紧，阀杆受力增加容易疲劳。

5、   阀杆主要有A、B、C和D功能段。A段为阀杆直线运动控制段，B段位阀杆旋转运动控制段，C段位球体松压段，D段为球体旋转段.对于我站6寸orbit阀，其中A+B=81mm；3寸orbit阀A+B=61mm。在装配过程中6寸阀门选择的装配行程范围在：6寸阀门行程：85.73---90.49mm，3寸阀门行程：48.42---53.18mm很显然6寸阀门行程太长。3寸阀门行程在合理的范围内，这也是为什么3寸阀门从来没有发生过阀杆断裂故障。   ORBIT轨道球阀的结构为单面密封，同时要求非密封方向即反向压差不能超过0.2Mpa，即ORBIT轨道球

6、阀非密封侧压力高于密封侧压力时，密封效果最好，否则可能出现超出要求的泄漏，达不到使用效果。根据密封要求列出我站分子筛在各种工作状况下orbit阀门密封面安装示意图： 图2理论阀门密封面安装图      数字越大代表压力越高，数字越小代表压力越低，红色部分表示理论密封面侧。理论情况下，6寸orbit阀门密封面应该在背离分子筛侧，这样密封效果会更好。实际气站吸附进口密封面都是向着分子筛侧的，存在反相压差约200kpa，虽然不影响阀体密封，但是影响阀杆受力。这个反相的压差使阀杆所受疲劳应力增加。   目前为止，所以断裂的orbit阀杆均为吸附进口，而

7、且是在从冷吹切换至吸附状态时，发现阀杆断裂，断裂时阀杆状态为关闭状态。Orbit阀门在开启时基本不受力。受力主要在关闭时，阀杆功能段C斜压阀芯销钉，使阀芯和阀座环密封紧密。由此可以判断出阀杆疲劳纹是在关闭时期造成的，也在关闭时发生断裂。 图3吸附进口Orbit阀门在分子筛冷吹时的受力分析      由Orbit阀门在分子筛冷吹时的受力分析，可以得出。阀杆在这个时期主要受力为膜片给阀杆向下的力：F=P*S=仪表风压力*膜片面积=4.5公斤*3.14*20*20=5652公斤。和反向压差力：F2=密封面S1*管线差压P=3.14*6*6*200kp

8、a=226.08公斤。阀芯销钉给阀杆的反向作用力：   F反=F*tanφ1+F2，随着阀杆行程增加，阀杆将阀芯和阀坐环压的越紧，夹角φ1就会增大，反