針對(duì)一起電動(dòng)閘閥閥座變形失效事故，采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)閘閥進(jìn)行了宏觀分析、微觀分析、閥板厚度分析以及材質(zhì)理化性能檢驗(yàn)。結(jié)果表明，閥板加工質(zhì)量差和閥座裝配不當(dāng)導(dǎo)致閥座受到閥板大的擠壓力和摩擦力作用產(chǎn)生變形。提出了改進(jìn)措施，取得了良好效果。
　　電動(dòng)閘閥是一種使用廣泛的閥門，主要用來(lái)接通和截?cái)喙苈分械慕橘|(zhì)。根據(jù)密封元件形式的不同閘閥可分為楔形閘閥、平行式閘閥、楔形雙閘板閘閥、平行雙閘板閘閥等。閘閥可采用自密封方式密封，也可采用強(qiáng)制密封。由于強(qiáng)制密封可靠性高，在石油化工行業(yè)使用較為普遍。
　　楔形閘閥靠楔形閥板上的兩密封面和閥座上的兩密封面楔入時(shí)的緊密結(jié)合來(lái)達(dá)到密封，由于楔入過(guò)程中密封面要承受大的擠壓力和摩擦力，所以密封面容易發(fā)生損傷而導(dǎo)致泄漏。為提高楔形閘閥的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，很多學(xué)者從材料、結(jié)構(gòu)和受力等方面進(jìn)行了研究，但現(xiàn)場(chǎng)楔形閘閥失效事故仍時(shí)有發(fā)生，有些甚至在使用一次或幾次后就發(fā)生了失效，給生產(chǎn)帶來(lái)了很大的安全隱患。本文研究的失效閘閥為XFF65-60楔形閘閥，在油田現(xiàn)場(chǎng)第1次水壓試驗(yàn)后就產(chǎn)生了失效。試驗(yàn)中工作人員關(guān)閉閘閥后開啟，再次關(guān)閉閘閥后發(fā)現(xiàn)閘閥未能截止水流。本文以該起閘閥失效事故為研究對(duì)象，分析閘閥失效的原因，探討避免此類事故發(fā)生的措施和方法。
1、宏觀分析
　　剖開閘閥本體后發(fā)現(xiàn)的電動(dòng)閘閥內(nèi)部A閥座已發(fā)生大的變形(如圖1)，A閥座局部?jī)?nèi)凹、變形嚴(yán)重，左下側(cè)部位已脫離和本體的螺紋嚙合。

圖1 本體剖開后的A閥座外觀

圖2 A閥座外觀形貌
　　A閥座外觀形貌如圖2，表面可見I、II和III三處破碎區(qū)，表面硬化層和基體分界明顯;區(qū)域。兩條裂紋均從圓內(nèi)側(cè)貫穿到圓外側(cè)，表面硬化層及附近基體有向閥板開啟方向較小的殘留位移;區(qū)域ò破碎嚴(yán)重，靠圓內(nèi)側(cè)裂紋處表面硬化層有脫落，表面可見3條從圓內(nèi)側(cè)貫穿到圓外側(cè)的裂紋，裂紋平行于閥板開啟方向，表面硬化層及附近基體有向閥板開啟方向的殘留位移;區(qū)域III裂紋呈90°三角形，自圓內(nèi)側(cè)兩處延伸相匯于端面中部，靠圓內(nèi)側(cè)裂紋處表面硬化層有脫落，表面硬化層及附近基體有向閥板開啟方向較小的殘留位移。
　　A閥座端面區(qū)域II和區(qū)域III局部破碎嚴(yán)重，區(qū)域II分布有2處發(fā)射狀小裂紋，顯示擠壓破碎形貌，區(qū)域II還可見從圓內(nèi)側(cè)點(diǎn)1到圓外側(cè)點(diǎn)2再到圓內(nèi)側(cè)點(diǎn)3的圓弧線擠壓痕跡(如圖2)。
　　B閥座變形成橢圓形，其中短軸方向平行于閥板開啟方向。閥板A面與A閥座密封面相接觸，外觀形貌如圖3，區(qū)域。倒角處有粘結(jié)金屬粒。閥板B面完好，未見損傷。

圖3 閥板A面外觀形貌
2、閥座表面微觀分析
　　對(duì)圖2中的區(qū)域II進(jìn)行電子顯微鏡觀察，如圖4，可見裂紋以集中區(qū)(圖中雙點(diǎn)劃線圓)為中心呈放射狀擠壓破碎形貌，所以區(qū)域ò受到了局部擠壓作用。對(duì)區(qū)域II平整處顯微觀察發(fā)現(xiàn)有摩擦損傷形貌(如圖5)。

圖4 A閥座區(qū)域II微觀形貌

圖5 A閥座區(qū)域II表面摩擦形貌
3、閥板厚度分析
　　將閥板密封環(huán)中心圓均勻分成16等份按圖3方位進(jìn)行厚度測(cè)量，zui下端為起始零點(diǎn)，按逆時(shí)針?lè)较蛑鹨粶y(cè)量。以密封環(huán)中心圓方位角為橫坐標(biāo)，以測(cè)量點(diǎn)厚度值為縱坐標(biāo)畫折線圖(如圖6)。由圖6可見，密封環(huán)中心圓對(duì)稱位置處厚度有較大差異，呈現(xiàn)不對(duì)稱性，另外180b方位處(圖3zui上端)厚度明顯偏小，這將嚴(yán)重影響閥板和閥座貼合的緊密度，閥板開啟和關(guān)閉過(guò)程中在2對(duì)接觸面上必將產(chǎn)生大的摩擦阻力。

圖6 閥板密封環(huán)沿圓周厚度值
4、材質(zhì)分析
　　對(duì)閥座、閥板和本體進(jìn)行化學(xué)成分分析，對(duì)本體進(jìn)行縱向拉伸和橫向沖擊試驗(yàn)，結(jié)果符合SY/T5127-2002標(biāo)準(zhǔn)和廠家規(guī)范要求。對(duì)閥座基體進(jìn)行金相分析，結(jié)果如下：組織為珠光體和鐵素體(如圖7);組織晶粒度為10.5級(jí);夾雜物為A2.0，B0.5，DTiN1.5。

圖7 閥座顯微組織
5、綜合分析
　　A閥座硬化層有3處破碎區(qū)，嚴(yán)重破碎區(qū)域II主裂紋貫穿整個(gè)硬化層，主裂紋附近分布有縱多微小裂紋;宏觀觀察發(fā)現(xiàn)區(qū)域II破碎區(qū)裂紋以集中區(qū)為中心呈擠壓破碎形貌，區(qū)域II宏觀可見擠壓殘留的圓弧線痕跡，微觀觀察可見表面摩擦形貌;A閥座3處破碎區(qū)表面硬化層及附近基體有向閥板開啟方向的殘留位移。B閥座變形呈橢圓形，其短軸方向平行于閥板開啟方向。據(jù)上推測(cè)，A閥座和B閥座都受到了大的擠壓力和摩擦力作用，其中摩擦力方向平行于閥板開啟方向。
　　如果A閥座和B閥座裝配后的兩表面楔形間距過(guò)大，閥板在閥桿的帶動(dòng)下可移動(dòng)到本體內(nèi)部zui底端(如圖8b)。正常情況下，閥座下邊緣離本體內(nèi)部空間zui下端距離為20mm(如圖8c)，而閥板在極限位置時(shí)的接觸面內(nèi)圓zui下邊緣離本體內(nèi)部空間zui下端距離為17mm(如圖8b)，所以閥板在圖8b極限位置開啟上移過(guò)程中下部?jī)?nèi)倒角邊沿會(huì)刮蹭到閥座下半部分，致使閥座變形或使表面破碎的小塊剝落。A閥座嚴(yán)重破碎區(qū)和閥板A面粘結(jié)金屬區(qū)方位呈對(duì)稱性，說(shuō)明這2處是閥座和閥板密封接觸時(shí)的對(duì)應(yīng)部位，此現(xiàn)象及A閥座和B閥座的變形方向證明了上述情況的發(fā)生。
　　綜合以上分析，推斷A閥座在受到閥板擠壓摩擦后產(chǎn)生了變形和硬化層局部的破碎，閥板在本體內(nèi)部過(guò)極限位置開啟上移過(guò)程中致使閥座變形以及表面硬化層的進(jìn)一步破碎和剝落。

a 閥板正常位置

b 閥板極限位置

c 閥座正常位置
圖8 閥板極限位置示意
6、電動(dòng)閘閥改進(jìn)措施及效果
　　a)改進(jìn)閥板兩環(huán)形密封面的加工工藝，在保證兩密封面平面度的同時(shí)保證兩密封面的對(duì)稱性。
　　b)安裝新的閥座，調(diào)整閥座兩密封表面間楔形空間至閥板移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)達(dá)到良好密封。
　　c)加強(qiáng)對(duì)使用前和使用后閘閥的檢測(cè)，避免有損傷或存在其他缺陷的閘閥進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)使用。
　　d)安裝新的閥板和閥座后重新對(duì)閘閥進(jìn)行水壓試驗(yàn)，結(jié)果合格，后期油田現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閘閥開啟和關(guān)閉32次也未發(fā)現(xiàn)閘閥發(fā)生泄漏或損壞。
7、結(jié)論
　　1)閥板兩側(cè)楔形表面平面度差，兩側(cè)平面與中心面不對(duì)稱，嚴(yán)重影響了閥板和閥座的密封性能，并且導(dǎo)致閥板楔入和開啟過(guò)程中對(duì)閥座表面產(chǎn)生過(guò)大的局部擠壓力和摩擦力。
　　2)A閥座和B閥座裝配位置不當(dāng)導(dǎo)致兩密封表面間楔形空間過(guò)大，閥板移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)和閥座不能產(chǎn)生緊密密封。
　　3)A閥座和B閥座受到閥板大的擠壓力和摩擦力作用導(dǎo)致變形。
　　4)改進(jìn)后的閥座滿足了使用要求。