高压闸阀阀盖脱落原因浅析

2015-07-16曹海平

石油工业技术监督 2015年8期

曹海平

中国石油长庆油田分公司技术监测中心（陕西西安 710018）

2014年，长庆油田共采购高压螺纹连接内压自紧式阀盖阀门1 035只，入质量检验中有104只不合格，不合格率为10.04%，主要是阀体与阀盖连接螺纹部位渗漏，如图1所示。强度试验时有2只Z41Y-2500Lb DN15的阀门阀盖连接螺纹脱落，阀盖突然飞出，所幸未造成人员伤害，此事引起相关部门的重视，并暂停该厂家同型号、同规格阀门供货，进行了原因分析。

图1 阀盖渗漏部位图

1 检查与分析

1.1 宏观检查与过程分析

从图2可以看出，该阀门阀盖连接丝扣出现脱丝，螺纹部分已经损坏。从图3的压力试验曲线可知，阀门的试验压力为63.7MPa，保压2.69s后压力突然下降，阀门试验在过程中并未出现超压现象。

图2 阀盖脱落实物图

1.2 结构分析与尺寸检查

阀门结构如图4所示，连接部位由阀体、阀盖、密封环和浮动盖组成。拧紧阀体和阀盖的螺纹，浮动盖2在阀门内压力的作用下向上运动，压紧密封环，即可起到自行密封，确保连接部位不渗漏。

图4 阀门结构示意图

经测量，该阀门阀盖螺纹外径为51.85mm，阀体螺纹外径为52.04mm，螺距为1.5mm，螺纹部位长度为30mm。当螺距为1.5mm时，外螺纹基本偏差为-0.045mm，内螺纹基本偏差为+0.032mm,可见螺纹存在加工误差。

1.3 材质分析

查询出厂技术资料，该闸阀的阀体、阀盖材料为A105钢，用直读光谱仪对阀体和阀盖进行化学成分分析，其结果如表1所示。测试结果表明,该阀门的阀体和阀盖材料的元素含量符合GB/T 12228-2006《通用阀门碳素钢锻件技术条件》中A105钢的技术要求[1]。

1.4 强度校核

1.4.1 螺纹的剪切面积校核

由于介质内压力的作用，在阀盖横截面上产生拉伸应力。

查GB/T 12224-2005[2]，螺纹连接的阀体组件，螺纹的剪切截面积应符合：

式中：PN为设计阀门的公称压力，PN=420Kg/cm2；Ag为由垫片或其他密封件的有限周边所限定的面积，因垫片密封中径d垫片=5.79cm，则为螺栓抗剪应力有效面积，因螺纹外径d=5.2cm，则

表1 化学成分质量分数/%

由此可知，螺纹的剪贴载面积为218.69≤232，螺纹的剪切载面积满足要求[3-5]。

1.4.2 螺牙强度校核

1）螺纹副抗挤压强度校核。

把螺纹牙展开相当于一根悬臂梁，螺牙之间的挤压应力不应超过许用挤压应力，否则便会产生挤压破坏。根据《现代机械设计手册》[6],σp=F/A≤[σp]且 F/A=F/(πd2hz)

若取[σp]=[σ]，则有 F/(πd2hz)≤[σ]

式中：σp为挤压应力，MPa； [σp]为许用挤压应力，Mpa取σS=250MPa[2]，ASTM标准材料安全指数为 1.5，则[σp]=156.25MPa；F 为轴向力，N，因阀门强度试验压力 P为 42×1.5=63MPa，故πd2P=133726.32N；d2为外螺纹中径，mm；d2=51.026mm螺纹性能等级为10.9级；h为螺纹工作高度，mm，p为螺距，p=1.5mm,对于普通螺纹 h=为结合圈数，无量纲，一般不超过10（因旋合的各圈数螺纹牙受力不均，z不宜大于 10）, 故取 z=6；σp=171.31MPa＞[σp]螺纹副抗挤压强度不能满足要求。

2）抗剪切强度校核。