軌道球閥閥桿失效解決方案分析

軌道球閥綜合了球閥、閘閥和截止閥的結構特點，具有閥門啟閉時密封面無摩擦和操作扭矩低等優點，在煤化工系統中得到廣泛的應用。某煤制油公司制氫裝置膜分離系統的空壓機管道上應用的國外進口手動軌道球閥，其規格為NPS8，壓力等級Class1500，工作壓力19.5MPa，閥桿為分段式結構。在空壓機檢修時需要對閥門進行操作，但閥門開啟或關閉階段均發生過閥桿斷裂現象。我公司工程師經過詳細的問題原因分析，結合閥桿的強度要求和球閥的使用工況，提出了兩種解決方案。

方案一：保留原有閥桿結構。上閥桿結構簡單，采用420材料能滿足使用要求。下閥桿結構復雜，材料采用17－4PH。此方案的優點是成本較低，加工方便，裝配簡單。

方案二：將閥桿設計為一體式結構(圖1)，即將上下連接的閥桿改為整體制造，閥桿材料選用17－4PH。雖然整體閥桿加工難度略有增加，但是不受內螺紋退刀槽和防轉銷孔對閥桿強度削弱的影響，閥桿的整體性能得到提高。

圖1 整體閥桿

2種方案材料的控制都按照NACEMR0175的要求執行。

(1)420材料硬度控制在≤22HRC，材料的熱處理程序分3步進行。①奧氏體化和淬火后空冷。②最小溫度達到621℃回火，然后冷卻到環境溫度。③最小溫度達到621℃回火，但低于第一次回火溫度，然后冷卻到環境溫度。

(2)17－4PH材料硬度控制在≤33HRC，并采用雙重時效硬化熱處理。①在1038±14℃固溶退火，空冷或液體淬火到32℃以下。②在760±14℃進行第一次沉淀硬化，保溫至少2h，空冷或者液體淬火到32℃以下。③在621±14℃進行第二次沉淀硬化，保溫至少4h，空冷或者液體淬火到32℃以下。

改進后的閥桿保證了軌道球閥在含硫化氫工況下的長期有效運行。球閥設計和制造時，應根據實際使用工況，尤其是在苛刻工況下，作出一些有針對性的差異設計，嚴格遵照相關標準或高于標準執行，才能滿足實際需要和客戶要求。