平板闸阀失效分析.pdf

CM石油/化工通用机械
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平板闸失效分析
西安三维应力工程技术有限公司(陕西710075)王军
风润新能源设备有限公司(陕西成阳712044)王根群
中国船舶重工集团公司第十二研究所(陕西咸阳713102)高洁
摘要】对某平板闸阀的外观形貌、几何尺
阀门]壳体底板
圆柱截交区
す、化学成分、显组织及力学性能等进行了分析,并
结合平板间的受力状态对其开裂原因进行了研究。结
果表明,门壳体底部存在的环形槽及焊鏠处的焊接缺
陷是导致事故发生的主要原因,材质拉伸性能不合格及
阅内流体存在腐似性对河底开裂具有一定的诱发和促进
(a)阀门整体示意图
作用。
阀门壳体底板
关键词】平板闸阀开裂腐蚀缩孔
工艺孔盖板
前言
闸阀是输气站场中使用最为广泛的装置之一,其
正常工作对于确保整个输气站场的安全稳定运转具有不
(b)底板工艺孔盖板示意图
可替代的作用。某油田平板闻阀底板出现开裂事故,造
图1阀门示意图
成四联外输管道紧急停输和原油泄漏,至事故发生时该
阀使用寿命接近两年。为了避免此类事故再次发生,现
场取样对其进行失效原因分析
ニ、宏观分析
(a)阀底外表面
1.宏观形貌分析
阀门如图1所示,底板工艺孔盖板焊接在底板上
底板中部预留工艺孔),设计时为紧密配合,无环形
槽。闸阀失效位置位于壳体底板,从外部可观察到长
约325mm的穿透性裂纹,裂纹向外侧张裂(见图2),
图2b和图2c中部圆形盖板印为工艺孔盖板。除开裂部
(b)阀底内表面清洗前(c)阀底内表面清洗后
位外,在闻阀壳体侧壁可目测到一条长约170mm的纵
图2阀底裂纹形貌(中心为工艺孔盖板
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M用?
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向裂纹,经后面切样确认裂纹深度约19mm(占壁厚10mm)。测量结果表明,底板切块截面的壁厚值范围
50%),如图3所示。
为30.85~39.61mm(未考虑底板环形槽帯米的壁厚损
失,且图样中未设计该环形槽),未能满足设计要求值
(40m)
3.无损检测
对闻阀壳体侧壁外表面进行磁粉检,在靠近固
柱截交区发现了三条裂纹(白圈内),如图5所示。
(a)阀体側面形貌
(b)阅体侧面裂纹形貌
(e)阀体側面含裂纹试样低倍形貌(d)阀体侧面含裂纹试样低倍形貌
图3阀门壳体側壁裂纹形貌
图5磁粉检测裂纹形貌
2.几何尺寸测量
在宏观分析的基础上选择有代表性的样块,对其
采用超声波训厚仪对阀门壳体壁厚进行测量,测进行切割处理。1“样为阀门売体側壁上有目视裂纹的
量结果表明,阀门売体壁厚范围为10.12-41.13mm,
样块(见图3)。2样为开裂的悃门壳体底板样块,
其中发现6个检测点壁厚值(采用超声波?厚仪,因该
门壳体底板失效裂纹处可观察到一个园形底盖和3,24
处有大量缩孔缺陷所致)明显低于GBT12224-2005标
4.47m宽的环形槽(见图2),裂纹沿阀体工艺孔盖板
准要求(内径400mm、公称压力6,3MPa时売体最小壁
与底板的环焊缝处起裂,然后向两端扩展。3样为阀门
厚>2.0mnm)。同时采用游标卡尺測量底板切块截面壳体侧壁壁厚(采用超声波测厚仪)波动较大样块,阀
的壁厚值,图是底板切块截面的壁厚值分布医(每隔」「门売体内壁有大量供坑,其中了样块内部臨抗最深
达2.54mm,已超过2mm腐蚀裕量的设计要求。
从3样块上取一个200×200mm的样块,对其内、
品
外表面进行打磨,然后利用Ⅹ射线探伤机和超声波探伤
仪进行检测。检测结果表明,小样块内含有较为严重的
缩孔缺陷(参照ASTM446标准已达到CB4级)。在开
a)测量点示意图
裂底板2样块上取截面样,也发现样品截面上有严重的
铸造缩孔缺陷(见图6),最大孔洞宽约6m,通过测
量探入的细铁丝长度,测得孔洞深约16.89mm。
38上
1015202530
测量点
(b)测量点壁厚分布图
图4底板切块截面的壁厚值分布图
图6阀门売体底板材质缺陷
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三、理化性能分析
从拉伸断口可以看到大块夹杂物
布氏硬度测量结果表明(见图8),焊缝处的布氏
1.化学成分分析
硬度值最高,工艺孔盖板次之,底板基体的布氏硬度值
分别从1、2“样块上取40mmx40mm化学分析样
最低,这说明焊缝处的性能与母材存在很大差异。
品,并采用直读光谱仪对样品化学成分进行分析,分析
结果见表1。分析结果表明,样品的化学成分及碳当量
底板
工艺孔盖板
符合GBT122292005标准要求。
2.力学性能分析
分别从1、2“及3“样块上取20m的棒状拉伸试样
191194184
进行拉伸性能测试,试验结果见表2。拉伸试验結果表
明,阀门壳体側面和底板的拉伸性能均不能满足GB/T
焊鏠
12229-2005标准要求。1-1拉伸断口形貌如图7所示,
(a)试样一面
工艺孔盖板
底板
47
焊缝
(b)试样另一面
图7拉伸断口形貌
图8布氏硬度测试点及示值
表1化学成分
(质量分数,%)
元素
Mn
Ni Cr
碳当量
0.2430.4120.7760.021「00140.0240.02600400.013
0.2360.4130.7800.0250.0160.0220.220.0380.0150.0040.38
0.2400.3920.7820.020
0.018
0.02300410.0130.0050.39
330.4070.7740.0250.0190.0220.0210.0370.0140040.38
GBT1222-2005≤030≤0.60≤100≤00400.045≤0.30≤0s0≤0.50≤025≤0.03s050
表2拉伸试验结果
R, /Mpa
R,o2 /Mpa
A(%)
218
14.5
227
218
15.5
2-1
472
238
16.0
420
208
11.0
GBT12229-2005
≥485
≥250
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