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尿素高壓調(diào)節(jié)閥閥瓣失效的分析

       高壓調(diào)節(jié)閥是千噸合成氨廠高壓系統(tǒng)中重要控制元件，但是工況很嚴(yán)苛，特點是壓差大，介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)，操作溫度高。這類調(diào)節(jié)閥的使用有效率非常低，閥瓣、閥座壽命短很容易失效。今天就和大家討論下尿素高壓調(diào)節(jié)閥閥瓣失效的分析，有利于幫助促進(jìn)這類調(diào)節(jié)閥的技術(shù)革新，提高閥門的有效使用時間，降低生產(chǎn)成本。

        在實際生產(chǎn)中，我們發(fā)現(xiàn)閥瓣使用了4萬小時后因表面損壞嚴(yán)重，達(dá)不到密封要求就要換了下來。測繪損壞后的閥頭幾何尺寸并與使用前測繪的尺寸對比，發(fā)現(xiàn)閥頭長度幾乎沒有多大變化，但平均直徑減小丁1mm多，密封面向后推移了3mm多，閥座密封面直徑也擴(kuò)大了1mm多。在正常情況下316不銹鋼在尿液中的腐蝕速率為0．1mm，1．4435型不銹鋼在316的基礎(chǔ)上增加了1％的鋼厚度，提高了抗點蝕能力，但總的腐蝕量卻是316正常寤蝕量的數(shù)倍。損壞后的閥頭表面呈灰白色 前半部分粗糙，密布麻坑；后半部分較光滑，有一些條狀凹坑及機(jī)械劃傷痕跡，呈現(xiàn)金屬光澤。

        在顯微鏡下檢查，發(fā)現(xiàn)闋頭前半部分密布的麻坑呈煤渣狀，是合金晶粒及晶粒團(tuán)龜裂的結(jié)果。閥瓣后半部分的條狀凹坑與機(jī)械劃傷宏觀上看似乎沒多大差別，但在顯微鏡下可看到，首先是顏色不同，機(jī)械劃傷處亮且有規(guī)則的細(xì)微條紋，而條狀凹坑卻暗得多且細(xì)微形態(tài)無規(guī)則。其次是形狀不同，機(jī)械劉傷在閥瓣尾部方向上較深，而條狀凹坑在閥瓣端部方向上較深，近似星液滴狀。根據(jù)文獻(xiàn)(1)提供的分析資料判定闋瓣前半部分損壞主要由汽蝕造成，閥瓣后半部分損壞正要畝閃蒸造成，整個閥瓣都受到一定程度的機(jī)械摩擦損傷。該閥介質(zhì)為尿液及汽體，正常使用中不應(yīng)存在固體顆粒，但據(jù)現(xiàn)場工人反映在大檢修中可能會混入焊渣等固體顆粒，從而引起機(jī)械摩擦損傷。

        對汽蝕、閃蒸部位進(jìn)行的 微硬度測量結(jié)果表明，經(jīng)汽蝕和閃蒸作用后表面硬眨明顯提高，較芯部硬度分別提高了50％和40％。用1Cr10Ni9Ti進(jìn)行汽蝕實驗得出硬度提商4O 左右的結(jié)果大致相同。測得硬化甚深發(fā)約為3O左右，而文獻(xiàn)中介紹經(jīng)汽蝕，顯做硬度發(fā)生極大變化的襲層應(yīng)層硬度值是由于顯微硬度計壓頭的限制。

        為了推斷汽蝕、閃蒸破壞具體過程，分別對表面和剖面進(jìn)行了電鏡觀察。汽蝕與閃蒸最明顯的共同之處是對晶界的損傷。不僅在表面看到的晶界損壞特征相似，在剖面看到的也如此，都表現(xiàn)出了微坑部疏松。

        汽蝕與閃蒸造成的微觀特征有很多不同之處。首先是晶粒及晶粒團(tuán)表面不同，汽蝕部位晶粒表面相當(dāng)粗糙，而閃蒸部位晶粒表面貝很平整。另外亞表層的微觀缺陷也不同，汽蝕主要是微觀孔洞，閃蒸主要是微裂紋等。

        調(diào)節(jié)閥就其設(shè)計原理而言相當(dāng)于在系統(tǒng)中設(shè)立了一個節(jié)流孔板，這就為汽蝕及閃蒸的發(fā)生創(chuàng)造了條件。從根本上講汽蝕與閃蒸都是液體沖蝕過程，即液滴與固體表面高速撞擊時所產(chǎn)生的液體侵蝕形式。就閃蒸而言，蒸汽體積常常大于液體體積，使液滴以趨向于達(dá)到蒸汽高速度沖閥瓣表面。其本質(zhì)是沖擊波與微射流共同的作用。汽蝕與閃蒸不同的只是沖擊波與微射流來源有所不同。沖擊波來源子汽泡的潰滅及其快速的形成，一般認(rèn)為汽泡潰滅時的沖擊壓強(qiáng)可達(dá)到幾千個大氣壓；微射流來源于汽泡的非對稱破滅。因此，汽蝕的破壞程度大于閃蒸。這樣也就解釋了閩瓣汽蝕部分的幾何尺寸損失大于閃蒸及電鏡照片上看到的汽蝕與閃蒸形貌差別。切應(yīng)力使表層晶粒張開的特征是汽蝕產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波造成，兩在閃蒸破壞部位則沒有發(fā)現(xiàn)這種情況。顯示為汽蝕與閃蒸造成的微坑底部材料疏松、破碎的特征是微射流造成的。某些微射流正好打擊在

由晶界等表面薄弱處已形成的小坑中，微射流被小坑的壁反射之后轉(zhuǎn)向，不斷沖擊坑的聰部造成微坑底部疏松，破碎，這也是液體沖蝕特有形貌。

        品粒表面可看到奧氏體孿晶界，而在以往尿裘合成塔內(nèi)316L為材質(zhì)的塔內(nèi)組件腐蝕形態(tài)的分析中，沒有見過這種現(xiàn)象。產(chǎn)生這種差別的原因只有流體的沖劇(沖擊波、微射流)作用。這說明在調(diào)節(jié)閥這樣流體動力強(qiáng)度非常商的條件下，即使是在尿液這樣腐蝕性非常強(qiáng)的介質(zhì)中腐蝕作用也不是主要因素。