长庆气田阀门的失效分析

【摘 要】采气现场阀门失效会对生产造成极大危害。本文分析了大量资料，对采气厂现役阀门失效形式和失效机理进行了分析，找出了磨损、腐蚀等主要失效模式。

【关键词】阀门；失效形式；失效机理

引言

阀门是采气厂中使用最为广泛的装置之一，其损害失效会对生产造成很大影响。在现场资料调研和分析的基础上，运用失效分析的方法，对阀门进行可靠性分析，找出主要的失效形式和失效机理，预防事故发生，提高可靠性，延长其安全使用寿命，对于油气田安全生产具有非常重要的现实意义。

阀门主要失效模式

采气厂使用的阀门很多，大小型号有很大差异。其主要应用在：采气井场，集气站和处理厂（统计如下表1）。不同地方对阀门的要求不同，其损坏形式也不完全一样，但其失效模式和机理大体相同，可归纳为：磨损，腐蚀及密封件老化等。根据资料及现场调研，阀门失效多表现为内漏，以及其他如：外漏，卡死，帽套外滑，阀杆或阀座断裂等。

防止阀门失效的措施应根据失效的原因从阀门选用，维护保养，正确使用等方面去找。因而，我们在了解阀门的一些失效现象的基础上，应对其失效机理进行深入分析。

1 磨损失效

磨损是密封的接触表面发生相对运动，在接触应力的作用下，表面发生损伤，导致材料流失的过程。

1.1 磨粒磨损

天然气中含有硬质磨粒，进入阀门密封面之间，硬质磨粒被压入金属密封面，使其发生多次塑性变形。实验室测试表明：清水中加入0.25% 的砂砾，阀门的磨损率就会增加一倍。

1.2 冲蚀磨损

由于天然气中含有杂质，特别是压裂沙或地层沙，它们随高压高速气流冲向阀件，使阀件的工作面产生了顺着气流方向的蚀槽、深沟，这种情况在采气井场比较常见，特别是在试气完井时，地面控制针阀经常被直接刺漏。

1.3 粘着磨损

由于阀板与阀座、盘根与阀杆的相对运动，两个配合表面，在真实接触面积上发生接触，局部应力很高，使之产生严重塑性变形或粘合在一起，在相对运动时产生切应力，粘合部位较差的材料有可能被撕裂，在零件表面上形成凹坑。当阀门两端产生较大压力差时，粘着磨损表现更为明显。闸阀一般较易发生粘着磨损，特别是井口阀门，初开井时阀门前后压差达20多兆帕，阀板受到很大的切应力，所以磨损也最厉害，球阀由于对流体阻力小，关闭件能承受关闭时的高压差，所以受其影响较小。

1.4 腐蚀磨损

阀板与阀座之间，由于处在具有腐蚀性的介质中，这些腐蚀介质对阀板与阀座产生腐蚀，在接触表面上形成一层化合物，当开关闸板时，腐蚀物被磨掉，露出新鲜表面又很快腐蚀掉，形成磨损加速腐蚀，腐蚀促进磨损的恶性循环。

阀门的密封面之间、阀杆与阀座之间的磨损应该是同时存在的，只是在不同工况下某一种或几种磨损起主要作用。对于采气井口阀门，特别是起控制流量的针阀，冲蚀磨损对其影响最大。

2 腐蚀机理

阀门的腐蚀主要发生在采气井口装置，其次是集气站和处理厂。因为腐蚀主要是有酸性液体造成的，采气井口装置是最先最多接触到的，而集气站和处理厂则由于对液体的分离而使酸性液体逐渐减少。在完井时，对地层压裂的压裂液多显酸性，对阀门有一定的腐蚀，特别是这些酸性液体在放喷时排不干净，这样对阀门及管线的影响是长期性的。

金属材料在特定介质环境中，承受拉应力，经过一定时间会发生断裂的现象称为应力腐蚀断裂，它是局部腐蚀和应力共同作用下的复杂的物理化学过程。应力腐蚀是一种延迟破坏现象，断裂的时间随介质和应力大小可以从几分钟到数年不等。

3 其他失效机理

3.1 阀门选用不当

阀门的选择是一个相当复杂的过程，如果阀门选用不当，极易造成它在使用过程中失效。选择的阀门必须适应流体的压力和温度，阀门的材料对腐蚀性流体也要具有抵抗力。总之， 正确选用阀门是减少其失效的基础。

3.2 操作不当

正确的操作对阀门的寿命也有很大的影响，是降低阀门失效率的关键。有调查显示，50%的阀门损坏是由人的操作不当造成的。处理厂输气管线上多是电动或气动球阀，操作便宜简单，所以很少出问题。在作业区，由于冬天开关井比较频繁，对阀门的不当操作极易造成阀门损坏。

3.3 维护保养不好

维护保养分为保管维护和使用维护。保管维护是不让阀门在保管中损坏，或降低质量。由于保管和搬运不当，常常使阀门零部件受到损坏，如：手轮打碎，阀杆碰歪，手轮与阀杆的固定螺母松脱丢失等等。使用维护是在阀门安装完毕后使用过程中的一种保养，其目的在于延长阀门寿命和保证启闭可靠。

3.4 密封件老化

密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件的材料或零件。它的老化是种自然现象，但不当的维护和使用阀门可使密封件加速老化。各种密封其性能影响因素是不同的，如机械密封（填料密封等）影响因素有温度，介质、磨损、所承受压力等。使用软材料密封的阀门，如用橡胶、尼龙等作为阀座密封圈材料的球阀，它的使用温度受到阀座密封圈材料的限制，因此密封件也较易老化。

4 结论与建议

（1）阀门在服役过程中，受到砂、水、气等各种介质的腐蚀与冲蚀以及应力的作用，导致了阀门的各种失效。其常见的主要失效模式为：磨损、腐蚀及老化等。

（2）对阀门进行可靠性分析，找出主要的失效形式和失效机理，预防事故发生，提高可靠性，延长其安全使用寿命。

（3）为提高阀门的使用可靠性，建议日常定期对阀门进行维护保养；对员工进行培训，克服人为差错，提高使用管理水平。

参考文献：

[1]杨胜海，庄建东.采气井口装置失效分析.石油工业技术监督，1999（08）.

[2]胡志强，王渭.流体工程中阀门的选用.通用机械.2003（09）.

[3]徐际斌.阀门的选用与技术发展.南炼科技，2002（05）.