轨道球阀阀杆失效解决方案分析

轨道球阀综合了球阀、闸阀和截止阀的结构特点，具有阀门启闭时密封面无摩擦和操作扭矩低等优点，在煤化工系统中得到广泛的应用。某煤制油公司制氢装置膜分离系统的空压机管道上应用的国外进口手动轨道球阀，其规格为NPS8，压力等级Class1500，工作压力19.5MPa，阀杆为分段式结构。在空压机检修时需要对阀门进行操作，但阀门开启或关闭阶段均发生过阀杆断裂现象。我公司工程师经过详细的问题原因分析，结合阀杆的强度要求和球阀的使用工况，提出了两种解决方案。

方案一：保留原有阀杆结构。上阀杆结构简单，采用420材料能满足使用要求。下阀杆结构复杂，材料采用17－4PH。此方案的优点是成本较低，加工方便，装配简单。

方案二：将阀杆设计为一体式结构(图1)，即将上下连接的阀杆改为整体制造，阀杆材料选用17－4PH。虽然整体阀杆加工难度略有增加，但是不受内螺纹退刀槽和防转销孔对阀杆强度削弱的影响，阀杆的整体性能得到提高。

图1 整体阀杆

2种方案材料的控制都按照NACEMR0175的要求执行。

(1)420材料硬度控制在≤22HRC，材料的热处理程序分3步进行。①奥氏体化和淬火后空冷。②最小温度达到621℃回火，然后冷却到环境温度。③最小温度达到621℃回火，但低于第一次回火温度，然后冷却到环境温度。

(2)17－4PH材料硬度控制在≤33HRC，并采用双重时效硬化热处理。①在1038±14℃固溶退火，空冷或液体淬火到32℃以下。②在760±14℃进行第一次沉淀硬化，保温至少2h，空冷或者液体淬火到32℃以下。③在621±14℃进行第二次沉淀硬化，保温至少4h，空冷或者液体淬火到32℃以下。

改进后的阀杆保证了轨道球阀在含硫化氢工况下的长期有效运行。球阀设计和制造时，应根据实际使用工况，尤其是在苛刻工况下，作出一些有针对性的差异设计，严格遵照相关标准或高于标准执行，才能满足实际需要和客户要求。