異型閥門質(zhì)檢技術(shù)難點分析與建議

李 祚，汪 密，劉玉幫

1.中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （陜西 西安 710018）

2.大慶油田有限責任公司石油工業(yè)機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站 （黑龍江 大慶 163513）

中國石油長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心 （以下簡稱技術(shù)監(jiān)測中心）每年入庫檢驗的小通徑異型閥門數(shù)量在6萬只以上，超過入庫閥門檢驗總量的三分之一。由于異型閥門種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、公稱通徑小，給入庫質(zhì)量檢驗和現(xiàn)場維修互換造成了較大的難題。

1 小通徑異型閥門種類

異型閥門特指各類形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的小通徑閥門。從閥門種類劃分，主要為針形截止閥，還有少量球閥、節(jié)流閥、閘閥；公稱通徑有 DN3、6、8、10、15、20、25mm多種，公稱壓力1.6～42MPa，多為高壓閥門。其形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有直通式、角式、異軸式、三通式、直流式、柱塞式等多種；從制造方式來看，大部分采用鍛造工藝，也有少部分采用精鑄 （一般≤16MPa）；其材料大多為不銹鋼、合金鋼，還有少量為銅合金。從閥體連接端形式分，大部分采用內(nèi)、外螺紋連接和卡套連接，還有部分采用法蘭、對接焊、承插焊等。異型閥門多用于天然氣集輸、處理等輔助計量管路上，起取樣、取壓力值、截斷等作用，入庫閥門質(zhì)檢中遇到部分典型異型閥門見圖1。

2 小通徑閥門檢驗裝置簡介

經(jīng)過近幾年技術(shù)監(jiān)測工藝改造，配置先進的檢驗設(shè)備，研制各種檢驗工裝，閥門入庫質(zhì)量檢驗?zāi)芰Φ玫胶艽蟮奶嵘＜夹g(shù)監(jiān)測中心目前有3臺小通徑異形閥門檢驗裝置，其中1臺為自動頂壓式四工位試驗機，2臺為螺紋連接式三工位檢驗機。

圖1 典型異形閥門

2.1 四工位閥門檢驗裝置與工裝

2.1.1 檢驗裝置

四工位閥門試驗機（圖2）適用公稱通徑DN15～50mm、公稱壓力1.6～42MPa的閥門檢驗。根據(jù)閥門的公稱通徑DN和公稱壓力值，采用液壓伺服系統(tǒng)自動以相應(yīng)的油缸頂壓力上下夾頂緊閥門（圖3），檢驗過程輸入技術(shù)參數(shù)自動生成壓力曲線檢驗報告。

圖2 自動頂壓式四工位閥門試驗機

圖3 上下夾頂緊閥門示意圖

2.1.2 配套工裝

采用O型密封圈、聚四氟乙烯、銅片、錐形不銹鋼面等多種材料，制造出了各種軟、硬密封形式的工裝，部分異型閥門檢驗的配套工裝見圖4～圖6。

2.2 三工位臺式檢驗裝置與工裝

2.2.1 檢驗裝置

三工位臺式閥門試驗機 （圖7）適用公稱通徑DN15、20、25mm， 公稱壓力 1.6～25MPa的螺紋連接型閥門的檢驗，可進行0.6MPa的氣壓試驗和最高40MPa的水壓試驗。

圖4 異型閥門檢驗配套工裝

圖5 機械密封工裝示意圖

圖6 橡膠密封工裝示意圖

圖7 三工位臺式閥門試驗機

該試驗機設(shè)計的特點：由后臺的注水泵泵集中提供40MPa的穩(wěn)定水壓，輸送到各臺閥門試驗機。根據(jù)實際需要使用截止閥調(diào)節(jié)控制試驗壓力，省去了升壓的時間。

2.2.2 工裝

該閥門試驗機設(shè)計的核心理念在于螺紋連接工裝（圖8）。根據(jù)異型閥門多為螺紋連接、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，研制出類似壓力表接頭的螺紋工裝：采用導壓軟管解決異型閥不同軸無法對夾的問題，采用螺紋方法連接異型閥，通過工裝內(nèi)軟橡膠與閥門的螺紋端部形成密封。

圖8 三工位臺式閥門試驗機配套工裝

3 幾種典型異型閥門入庫質(zhì)檢技術(shù)難點分析

結(jié)合技術(shù)監(jiān)測中心檢驗裝置現(xiàn)狀和小通徑異形閥門種類，對入庫質(zhì)量檢驗技術(shù)難點分析如下。

3.1 較易檢驗的異型閥門

3.1.1 種類

滿足以下要求的異型閥門容易檢驗，直通式，DN15～25mm，連接端形式：①兩端均為內(nèi)螺紋；②一端為內(nèi)螺紋，一端為外螺紋（圖9）。

圖9 比較容易檢驗的異型閥門

3.1.2 原因分析

直通式結(jié)構(gòu)、螺紋端面較大的閥門，在四工位頂夾式試驗機上裝夾容易，且內(nèi)螺紋端面可通過O型密封圈或聚四氟乙烯片密封，外螺紋端面可通過鑲嵌有銅片的工裝密封。

以上2種連接端形式的異型閥門數(shù)量約占其總量的80%，對這兩類異型閥門檢驗工作已能順利開展，據(jù)統(tǒng)計平均每天（16h工作制）約能檢驗260只，平均每3min就完成1只閥門檢驗。

3.2 檢驗難度較大的異型閥門

異型閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類繁多，密封端面不同軸、且尺寸較小，閥門裝夾困難，特別是外螺紋連接的小截止閥，外螺紋易損壞變形，而導致現(xiàn)場無法安裝使用。現(xiàn)僅從以下幾種較為典型的異型閥為例，進行分析。

3.2.1 結(jié)構(gòu)不易上下對夾

原因分析：四工位頂壓試驗機是采用上下頂壓式，而如圖10紅線圈所示的閥門結(jié)構(gòu)形式有角式、異軸式、三通式等，難以裝夾，該原因?qū)е码y以檢驗的閥門占絕大多數(shù)。

圖10 結(jié)構(gòu)不易上下對夾的閥門

3.2.2 密封端面過薄

以下圖KQ11F-6.4 DN15型球閥為例，進口端內(nèi)螺紋聯(lián)接，出口端外螺紋聯(lián)接，帶接頭螺母，通過卡套、卡環(huán)配合的錐面機械密封。進口端內(nèi)徑14.7mm，出口端內(nèi)徑11mm，出口端面厚度1.5 mm。

原因分析：①不易密封，1.5mm的螺紋端面厚度無法使用O型圈密封，使用如聚四氟乙烯類的軟密封工裝會導致工裝損壞，使用硬密封材料則難以保證密封性；②易擠壓變形，螺紋面太薄，試驗機較大的頂壓力易將外螺紋擠壓變形，導致現(xiàn)場無法安裝使用。

3.2.3 通徑尺寸過小

以J44w-320角式截止閥為例，法蘭連接鍛造角式高壓截止閥，用透鏡墊密封螺紋法蘭形式，該密封面為微小錐面，錐度120°，其閥門內(nèi)徑≤6mm，而工裝的導壓孔直徑一般為4mm，大尺寸的試驗機難以對如此精細的小閥門進行試驗。

3.2.4 連接螺紋標準不一

異型閥門的連接端螺紋看似都一樣，實際種類繁多，分為標準螺紋和非標螺紋。標準螺紋有公制、美制、英制，分普通螺紋和管螺紋，普通螺紋包括粗牙和細牙，管螺紋有圓柱螺紋和圓錐螺紋2種形式，分為密封管螺紋和非密封管螺紋，密封管螺紋又有牙型角為55°和60°兩種。

以常見針形截止閥為例，依據(jù)JB/T 7747-2010《針形截止閥》生產(chǎn)的針形截止閥[1]。連接端內(nèi)螺紋既可采用ISO（國際標準化組織）的55°Rc系列圓錐管螺紋，又可采用ANSI（美國國家標準）的60°NPT系列圓錐管螺紋。

連接端外螺紋可采用55°圓柱非密封管螺紋或普通螺紋，還可以由訂貨合同的要求設(shè)計。

通過目測方法，難以區(qū)分出普通螺紋和管螺紋、粗牙和細牙、圓柱螺紋和圓錐螺紋、密封螺紋和非密封螺紋。三工位臺式試驗機采用的是螺紋連接型工裝，由于螺紋種類繁多且無法通過肉眼區(qū)分，不同型號的螺紋無法實現(xiàn)裝配連接。因此導致有些符合標準的閥門也無法在三工位臺式試驗機上裝夾[2-3]。

另外，螺紋連接型工裝裝卸慢，較大地影響了試驗速度。

3.2.5 佩帶小附件

不少異型閥門本身佩帶配套小附件，如接頭螺母、卡套等，檢驗過程必須得拆下，數(shù)量過多后附件容易丟失且易損壞，造成閥門無法使用[4-5]。

檢驗困難的異型閥門種類繁多，數(shù)量較少，約占異型閥門總量的20%。

4 原因分析

4.1 造成異型閥門結(jié)構(gòu)種類繁多的原因

4.1.1 相關(guān)標準并未對閥門的形狀做明確的要求

據(jù)調(diào)研，閥門設(shè)計標準只對異型閥門提出了幾種典型結(jié)構(gòu)，并未對結(jié)構(gòu)和尺寸做明確、硬性規(guī)定。長慶油田閥門供應(yīng)商有20余家，不同閥門廠家做出不同設(shè)計，并對其命名，導致出現(xiàn)眾多種類型號。

4.1.2 針對異型閥門的采購并未形成規(guī)范

異型閥門主要用于油氣輔助管路上，其作用單一，絕大多數(shù)均用于取樣、取壓力值，一般的結(jié)構(gòu)形式已能滿足使用需求。

4.2 異型閥門種類過多導致的后果

4.2.1 檢驗成本高

結(jié)構(gòu)形狀、連接形式、接頭尺寸不同的異型閥門近20類上百種，且每一種供貨數(shù)量懸殊大，若每一種都制造一個工裝甚至設(shè)備，則檢驗成本過高。

4.2.2 檢驗進度慢

與之相匹配的檢驗工裝復(fù)雜、通用性差，制造周期長，一定程度上影響著油氣田前線產(chǎn)建進度。

4.2.3 通用性差

現(xiàn)場通用性差，不便于維修、更換。

4.2.4 不便于采購

型號過多，且對型號命名不規(guī)范，不便于采購。

5 建議

基于檢驗的難度、成本和油氣田現(xiàn)場通用性、互換性、標準化的要求，建議從設(shè)計和采購環(huán)節(jié)進行規(guī)范：

5.1 設(shè)計環(huán)節(jié)

根據(jù)設(shè)計提供參數(shù)，按使用場合與功能，調(diào)研形成同軸、同種外螺紋結(jié)構(gòu)序列化閥門，從源頭上解決異型閥門結(jié)構(gòu)繁多問題。

5.2 采購環(huán)節(jié)

1）規(guī)范異型閥門結(jié)構(gòu)采購。規(guī)范統(tǒng)一閥門結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)采購標準化。

2）減少供貨廠家，實現(xiàn)采購規(guī)?；?。按照異型閥門序列化定型，將供貨廠家數(shù)量減少，增大同廠家訂購數(shù)量，實現(xiàn)規(guī)?；少?。

3）進行性能檢驗，按質(zhì)優(yōu)進行采購。通過隨機抽取一定數(shù)量的不同廠家的異型閥，從材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與幾何尺寸、密封性能等方面進行全性能試驗，將檢驗結(jié)果反饋給采購部門，以便其從質(zhì)量方面參考，實行差別化管理，按質(zhì)優(yōu)采購。

總之，通過規(guī)范異型閥門的采購，達到兩個目的：一是要便于入庫檢驗；二是要互換性、通用性強，便于現(xiàn)場維修、更換，以確保油氣田生產(chǎn)本質(zhì)安全。

[1]JB/T 7747-2010針形截止閥[S]．

[2]GB 13927-2008工業(yè)閥門壓力試驗[S]．

[3]SH 3518-2000閥門檢驗與管理規(guī)程[S]．

[4]孫廣聚，王明義，劉玉臣．閥門密封試驗裝卡方式的分析與探討[J]．閥門，1996（2）：7-12．

[5]陸培文．閥門的試驗與檢驗[M]．北京：中國標準出版社，2010．