程控阀阀杆断裂维修与技改探讨

程控阀阀杆断裂维修与技改探讨

程控阀阀杆断裂检与技改探讨

一、阀门故障概况

2022年3月3日，程控阀（气动两位阀）执行开关过程阀门打开不过量，现场检查阀门动作正常，初步判断阀杆与阀芯之间脱落或裂断。随后经公司讨论研究决定切塔对该故障阀进行拆检维修。

3月5日11时工艺交出，在各项技术措施、安全措施条件具备下由维保人员对该故障阀进行下线。

二、阀门故障现象

3月5日12时，阀门下线拉回检修厂房，通过气源动作试验，气缸执行机构动作正常，阀芯不动，随后进行拆解。

在拆解过程中发现故障点为阀杆的二段连接处断裂，随后进行备件更换、气缸密封件维护等工作,于下午16时回装完成。

三、故障原因分析

1、概况

净化32PSA装置程控阀共计85台，其中DN300规格20台，DN250规格21台，DN150规格1台，DN100规格11台，DN80规格22台，DN65规格10台。DN300程控阀为原料气进口阀，DN250程控阀为原料气出口阀。

2、程控阀往年故障现象

程控阀自2018年开车截至目前程控阀阀杆故障情况：

3、程控阀动作累计动作频次

4、原因分析

查看程控阀阀杆材质40Cr合金钢超声疲劳S-N寿命曲线

从40Cr钢超声波疲劳S-N曲线看，在105周次~1010周次范围内，S-N曲线显示40Cr钢疲劳寿命下降趋势明显加快，随着循环应力周次的增加，其承载强度承下降趋势，在这个过程中就会存在出现疲劳断口的可能，在阀杆表面或近表面材料缺陷处就会形成疲劳源产生疲劳裂纹，循环应力周次增加，疲劳裂纹扩展，直至瞬时裂断。

通过40Cr合金钢超声疲劳S-N寿命曲线与超声疲劳断口SEM像对比黔希化工PSA装置程控阀动作频次及相关阀杆断裂动作频次周期，阀杆发生断裂现象及裂纹断口实物图是与曲线图及SEM像图相吻合的。

因阀杆制作工艺为棒材加工，在加工过程中会存在缺陷，再就是阀杆构件外形突变处（圆角、切口、沟槽）或表面切痕或者材料内部不均匀性及其缺陷部位，也会由于较大的应力集中，在应力集中场附近长期承载负荷，应力的强度是随着阀门动作过程克服阀体、阀芯、气缸活塞等一系列不平衡力而持续变化的，随着形成疲劳源产生疲劳裂纹，循环应力周次增加，疲劳裂纹扩展，直至瞬时裂断。

5、原因分析总结

通过以上总结我们发现，造成阀杆断裂的原因有以下几个方面

（1）40Cr合金钢材质特性疲劳寿命原因；

（2）阀杆构件外形突变处应力集中，且应力场存在较强交变负荷；

（3）阀杆构件存在不均匀性缺陷加速了疲劳裂纹的形成；

（4）程控阀执行机构动力源气源压力过大，造成阀杆应力场负荷周期性提高，进一步加速了疲劳裂纹的形成；

（5）PDN300/DN250规格大口径程控阀，因其体量较大，其开关动作过程中所承受的应力负荷要高于其它小口径程控阀，阀杆疲劳源产生时间要早于其它小口径程控阀；

（6）对于4台用于均压的程控阀，目前已运行频次高达约170余万周次，此类程控阀同样其阀杆疲劳源产生时间要早于其它程控阀。

四、预防及技改措施

针对以上分析原因暂定技改方案如下：

1、通过试验法逐步下调气源压力，在满足工艺生产情况下由当前的0.76MPa逐步下调至0.5MPa,减缓阀门开、关行程动作冲击力；

2、程控阀控制电磁阀排气孔加装阻尼装置，进一步减缓阀门开、关行程动作冲击力；

3、DN300/250等应力较大程控阀阀杆材质由40Cr合金钢升级为17-4PH沉淀硬化马氏体不锈钢，以更高的耐压强度、机械性能提高阀杆疲劳寿命；

4、对4台动作频次超106的公用阀（32KV-109A/B、32KV-110A/B）阀杆及密封套件进行生命周期预防维护管理，利用大修更新阀杆及密封套件。 

5、对DN300/250大口径程控阀阀杆直径进行升级，通过改变应力场承受横截面积来均衡应力负荷的变化，这样就能提高程控阀阀杆疲劳寿命，以期达到延长阀杆寿命的效果；

以上观点，仅代表个人观点，如有不妥，还请高人指点！