程控閥閥杆斷裂維修與技改探討

程控閥閥杆斷裂維修與技改探討

程控閥閥杆斷裂檢與技改探討

一、閥門故障概況

2022年3月3日，程控閥（氣動兩位閥）執行開關過程閥門打開不過量，現場檢查閥門動作正常，初步判斷閥杆與閥芯之間脫落或裂斷。隨後經公司討論研究決定切塔對該故障閥進行拆檢維修。

3月5日11時工藝交出，在各項技術措施、安全措施條件具備下由維保人員對該故障閥進行下線。

二、閥門故障現象

3月5日12時，閥門下線拉回檢修廠房，通過氣源動作試驗，氣缸執行機構動作正常，閥芯不動，隨後進行拆解。

在拆解過程中發現故障點為閥杆的二段連接處斷裂，隨後進行備件更換、氣缸密封件維護等工作,於下午16時回裝完成。

三、故障原因分析

1、概況

淨化32PSA裝置程控閥共計85台，其中DN300規格20台，DN250規格21台，DN150規格1台，DN100規格11台，DN80規格22台，DN65規格10台。DN300程控閥為原料氣進口閥，DN250程控閥為原料氣出口閥。

2、程控閥往年故障現象

程控閥自2018年開車截至目前程控閥閥杆故障情況：

3、程控閥動作累計動作頻次

4、原因分析

查看程控閥閥杆材質40Cr合金鋼超聲疲勞S-N壽命曲線

從40Cr鋼超聲波疲勞S-N曲線看，在105周次~1010周次範圍內，S-N曲線顯示40Cr鋼疲勞壽命下降趨勢明顯加快，隨著循環應力周次的增加，其承載強度承下降趨勢，在這個過程中就會存在出現疲勞斷口的可能，在閥杆表麵或近表麵材料缺陷處就會形成疲勞源產生疲勞裂紋，循環應力周次增加，疲勞裂紋擴展，直至瞬時裂斷。

通過40Cr合金鋼超聲疲勞S-N壽命曲線與超聲疲勞斷口SEM像對比黔希化工PSA裝置程控閥動作頻次及相關閥杆斷裂動作頻次周期，閥杆發生斷裂現象及裂紋斷口實物圖是與曲線圖及SEM像圖相吻合的。

因閥杆製作工藝為棒材加工，在加工過程中會存在缺陷，再就是閥杆構件外形突變處（圓角、切口、溝槽）或表麵切痕或者材料內部不均勻性及其缺陷部位，也會由於較大的應力集中，在應力集中場附近長期承載負荷，應力的強度是隨著閥門動作過程克服閥體、閥芯、氣缸活塞等一係列不平衡力而持續變化的，隨著形成疲勞源產生疲勞裂紋，循環應力周次增加，疲勞裂紋擴展，直至瞬時裂斷。

5、原因分析總結

通過以上總結乐鱼官网發現，造成閥杆斷裂的原因有以下幾個方麵

（1）40Cr合金鋼材質特性疲勞壽命原因；

（2）閥杆構件外形突變處應力集中，且應力場存在較強交變負荷；

（3）閥杆構件存在不均勻性缺陷加速了疲勞裂紋的形成；

（4）程控閥執行機構動力源氣源壓力過大，造成閥杆應力場負荷周期性提高，進一步加速了疲勞裂紋的形成；

（5）PDN300/DN250規格大口徑程控閥，因其體量較大，其開關動作過程中所承受的應力負荷要高於其它小口徑程控閥，閥杆疲勞源產生時間要早於其它小口徑程控閥；

（6）對於4台用於均壓的程控閥，目前已運行頻次高達約170餘萬周次，此類程控閥同樣其閥杆疲勞源產生時間要早於其它程控閥。

四、預防及技改措施

針對以上分析原因暫定技改方案如下：

1、通過試驗法逐步下調氣源壓力，在滿足工藝生產情況下由當前的0.76MPa逐步下調至0.5MPa,減緩閥門開、關行程動作衝擊力；

2、程控閥控製電磁閥排氣孔加裝阻尼裝置，進一步減緩閥門開、關行程動作衝擊力；

3、DN300/250等應力較大程控閥閥杆材質由40Cr合金鋼升級為17-4PH沉澱硬化馬氏體不鏽鋼，以更高的耐壓強度、機械性能提高閥杆疲勞壽命；

4、對4台動作頻次超106的公用閥（32KV-109A/B、32KV-110A/B）閥杆及密封套件進行生命周期預防維護管理，利用大修更新閥杆及密封套件。 

5、對DN300/250大口徑程控閥閥杆直徑進行升級，通過改變應力場承受橫截麵積來均衡應力負荷的變化，這樣就能提高程控閥閥杆疲勞壽命，以期達到延長閥杆壽命的效果；

以上觀點，僅代表個人觀點，如有不妥，還請高人指點！