异型阀门质检技术难点分析与建议

李 祚，汪 密，刘玉帮

1.中国石油长庆油田分公司技术监测中心 （陕西 西安 710018）

2.大庆油田有限责任公司石油工业机械产品质量监督检验站 （黑龙江 大庆 163513）

中国石油长庆油田分公司技术监测中心 （以下简称技术监测中心）每年入库检验的小通径异型阀门数量在6万只以上，超过入库阀门检验总量的三分之一。由于异型阀门种类繁多、结构复杂、公称通径小，给入库质量检验和现场维修互换造成了较大的难题。

1 小通径异型阀门种类

异型阀门特指各类形状结构复杂的小通径阀门。从阀门种类划分，主要为针形截止阀，还有少量球阀、节流阀、闸阀；公称通径有 DN3、6、8、10、15、20、25mm多种，公称压力1.6～42MPa，多为高压阀门。其形状结构复杂，有直通式、角式、异轴式、三通式、直流式、柱塞式等多种；从制造方式来看，大部分采用锻造工艺，也有少部分采用精铸 （一般≤16MPa）；其材料大多为不锈钢、合金钢，还有少量为铜合金。从阀体连接端形式分，大部分采用内、外螺纹连接和卡套连接，还有部分采用法兰、对接焊、承插焊等。异型阀门多用于天然气集输、处理等辅助计量管路上，起取样、取压力值、截断等作用，入库阀门质检中遇到部分典型异型阀门见图1。

2 小通径阀门检验装置简介

经过近几年技术监测工艺改造，配置先进的检验设备，研制各种检验工装，阀门入库质量检验能力得到很大的提升。技术监测中心目前有3台小通径异形阀门检验装置，其中1台为自动顶压式四工位试验机，2台为螺纹连接式三工位检验机。

图1 典型异形阀门

2.1 四工位阀门检验装置与工装

2.1.1 检验装置

四工位阀门试验机（图2）适用公称通径DN15～50mm、公称压力1.6～42MPa的阀门检验。根据阀门的公称通径DN和公称压力值，采用液压伺服系统自动以相应的油缸顶压力上下夹顶紧阀门（图3），检验过程输入技术参数自动生成压力曲线检验报告。

图2 自动顶压式四工位阀门试验机

图3 上下夹顶紧阀门示意图

2.1.2 配套工装

采用O型密封圈、聚四氟乙烯、铜片、锥形不锈钢面等多种材料，制造出了各种软、硬密封形式的工装，部分异型阀门检验的配套工装见图4～图6。

2.2 三工位台式检验装置与工装

2.2.1 检验装置

三工位台式阀门试验机 （图7）适用公称通径DN15、20、25mm， 公称压力 1.6～25MPa的螺纹连接型阀门的检验，可进行0.6MPa的气压试验和最高40MPa的水压试验。

图4 异型阀门检验配套工装

图5 机械密封工装示意图

图6 橡胶密封工装示意图

图7 三工位台式阀门试验机

该试验机设计的特点：由后台的注水泵泵集中提供40MPa的稳定水压，输送到各台阀门试验机。根据实际需要使用截止阀调节控制试验压力，省去了升压的时间。

2.2.2 工装

该阀门试验机设计的核心理念在于螺纹连接工装（图8）。根据异型阀门多为螺纹连接、结构复杂的特点，研制出类似压力表接头的螺纹工装：采用导压软管解决异型阀不同轴无法对夹的问题，采用螺纹方法连接异型阀，通过工装内软橡胶与阀门的螺纹端部形成密封。

图8 三工位台式阀门试验机配套工装

3 几种典型异型阀门入库质检技术难点分析

结合技术监测中心检验装置现状和小通径异形阀门种类，对入库质量检验技术难点分析如下。

3.1 较易检验的异型阀门

3.1.1 种类

满足以下要求的异型阀门容易检验，直通式，DN15～25mm，连接端形式：①两端均为内螺纹；②一端为内螺纹，一端为外螺纹（图9）。

图9 比较容易检验的异型阀门

3.1.2 原因分析

直通式结构、螺纹端面较大的阀门，在四工位顶夹式试验机上装夹容易，且内螺纹端面可通过O型密封圈或聚四氟乙烯片密封，外螺纹端面可通过镶嵌有铜片的工装密封。

以上2种连接端形式的异型阀门数量约占其总量的80%，对这两类异型阀门检验工作已能顺利开展，据统计平均每天（16h工作制）约能检验260只，平均每3min就完成1只阀门检验。

3.2 检验难度较大的异型阀门

异型阀门结构复杂、种类繁多，密封端面不同轴、且尺寸较小，阀门装夹困难，特别是外螺纹连接的小截止阀，外螺纹易损坏变形，而导致现场无法安装使用。现仅从以下几种较为典型的异型阀为例，进行分析。

3.2.1 结构不易上下对夹

原因分析：四工位顶压试验机是采用上下顶压式，而如图10红线圈所示的阀门结构形式有角式、异轴式、三通式等，难以装夹，该原因导致难以检验的阀门占绝大多数。

图10 结构不易上下对夹的阀门

3.2.2 密封端面过薄

以下图KQ11F-6.4 DN15型球阀为例，进口端内螺纹联接，出口端外螺纹联接，带接头螺母，通过卡套、卡环配合的锥面机械密封。进口端内径14.7mm，出口端内径11mm，出口端面厚度1.5 mm。

原因分析：①不易密封，1.5mm的螺纹端面厚度无法使用O型圈密封，使用如聚四氟乙烯类的软密封工装会导致工装损坏，使用硬密封材料则难以保证密封性；②易挤压变形，螺纹面太薄，试验机较大的顶压力易将外螺纹挤压变形，导致现场无法安装使用。

3.2.3 通径尺寸过小

以J44w-320角式截止阀为例，法兰连接锻造角式高压截止阀，用透镜垫密封螺纹法兰形式，该密封面为微小锥面，锥度120°，其阀门内径≤6mm，而工装的导压孔直径一般为4mm，大尺寸的试验机难以对如此精细的小阀门进行试验。

3.2.4 连接螺纹标准不一

异型阀门的连接端螺纹看似都一样，实际种类繁多，分为标准螺纹和非标螺纹。标准螺纹有公制、美制、英制，分普通螺纹和管螺纹，普通螺纹包括粗牙和细牙，管螺纹有圆柱螺纹和圆锥螺纹2种形式，分为密封管螺纹和非密封管螺纹，密封管螺纹又有牙型角为55°和60°两种。

以常见针形截止阀为例，依据JB/T 7747-2010《针形截止阀》生产的针形截止阀[1]。连接端内螺纹既可采用ISO（国际标准化组织）的55°Rc系列圆锥管螺纹，又可采用ANSI（美国国家标准）的60°NPT系列圆锥管螺纹。

连接端外螺纹可采用55°圆柱非密封管螺纹或普通螺纹，还可以由订货合同的要求设计。

通过目测方法，难以区分出普通螺纹和管螺纹、粗牙和细牙、圆柱螺纹和圆锥螺纹、密封螺纹和非密封螺纹。三工位台式试验机采用的是螺纹连接型工装，由于螺纹种类繁多且无法通过肉眼区分，不同型号的螺纹无法实现装配连接。因此导致有些符合标准的阀门也无法在三工位台式试验机上装夹[2-3]。

另外，螺纹连接型工装装卸慢，较大地影响了试验速度。

3.2.5 佩带小附件

不少异型阀门本身佩带配套小附件，如接头螺母、卡套等，检验过程必须得拆下，数量过多后附件容易丢失且易损坏，造成阀门无法使用[4-5]。

检验困难的异型阀门种类繁多，数量较少，约占异型阀门总量的20%。

4 原因分析

4.1 造成异型阀门结构种类繁多的原因

4.1.1 相关标准并未对阀门的形状做明确的要求

据调研，阀门设计标准只对异型阀门提出了几种典型结构，并未对结构和尺寸做明确、硬性规定。长庆油田阀门供应商有20余家，不同阀门厂家做出不同设计，并对其命名，导致出现众多种类型号。

4.1.2 针对异型阀门的采购并未形成规范

异型阀门主要用于油气辅助管路上，其作用单一，绝大多数均用于取样、取压力值，一般的结构形式已能满足使用需求。

4.2 异型阀门种类过多导致的后果

4.2.1 检验成本高

结构形状、连接形式、接头尺寸不同的异型阀门近20类上百种，且每一种供货数量悬殊大，若每一种都制造一个工装甚至设备，则检验成本过高。

4.2.2 检验进度慢

与之相匹配的检验工装复杂、通用性差，制造周期长，一定程度上影响着油气田前线产建进度。

4.2.3 通用性差

现场通用性差，不便于维修、更换。

4.2.4 不便于采购

型号过多，且对型号命名不规范，不便于采购。

5 建议

基于检验的难度、成本和油气田现场通用性、互换性、标准化的要求，建议从设计和采购环节进行规范：

5.1 设计环节

根据设计提供参数，按使用场合与功能，调研形成同轴、同种外螺纹结构序列化阀门，从源头上解决异型阀门结构繁多问题。

5.2 采购环节

1）规范异型阀门结构采购。规范统一阀门结构，实现采购标准化。

2）减少供货厂家，实现采购规模化。按照异型阀门序列化定型，将供货厂家数量减少，增大同厂家订购数量，实现规模化采购。

3）进行性能检验，按质优进行采购。通过随机抽取一定数量的不同厂家的异型阀，从材质、结构与几何尺寸、密封性能等方面进行全性能试验，将检验结果反馈给采购部门，以便其从质量方面参考，实行差别化管理，按质优采购。

总之，通过规范异型阀门的采购，达到两个目的：一是要便于入库检验；二是要互换性、通用性强，便于现场维修、更换，以确保油气田生产本质安全。

[1]JB/T 7747-2010针形截止阀[S]．

[2]GB 13927-2008工业阀门压力试验[S]．

[3]SH 3518-2000阀门检验与管理规程[S]．

[4]孙广聚，王明义，刘玉臣．阀门密封试验装卡方式的分析与探讨[J]．阀门，1996（2）：7-12．

[5]陆培文．阀门的试验与检验[M]．北京：中国标准出版社，2010．