尿素高压调节阀阀瓣失效的分析

       高压调节阀是千吨合成氨厂高压系统中重要控制元件，但是工况很严苛，特点是压差大，介质腐蚀性强，操作温度高。这类调节阀的使用有效率非常低，阀瓣、阀座寿命短很容易失效。今天就和大家讨论下尿素高压调节阀阀瓣失效的分析，有利于帮助促进这类调节阀的技术革新，提高阀门的有效使用时间，降低生产成本。

        在实际生产中，我们发现阀瓣使用了4万小时后因表面损坏严重，达不到密封要求就要换了下来。测绘损坏后的阀头几何尺寸并与使用前测绘的尺寸对比，发现阀头长度几乎没有多大变化，但平均直径减小丁1mm多，密封面向后推移了3mm多，阀座密封面直径也扩大了1mm多。在正常情况下316不锈钢在尿液中的腐蚀速率为0．1mm，1．4435型不锈钢在316的基础上增加了1％的钢厚度，提高了抗点蚀能力，但总的腐蚀量却是316正常寤蚀量的数倍。损坏后的阀头表面呈灰白色 前半部分粗糙，密布麻坑；后半部分较光滑，有一些条状凹坑及机械划伤痕迹，呈现金属光泽。

        在显微镜下检查，发现阕头前半部分密布的麻坑呈煤渣状，是合金晶粒及晶粒团龟裂的结果。阀瓣后半部分的条状凹坑与机械划伤宏观上看似乎没多大差别，但在显微镜下可看到，首先是颜色不同，机械划伤处亮且有规则的细微条纹，而条状凹坑却暗得多且细微形态无规则。其次是形状不同，机械刘伤在阀瓣尾部方向上较深，而条状凹坑在阀瓣端部方向上较深，近似星液滴状。根据文献(1)提供的分析资料判定阕瓣前半部分损坏主要由汽蚀造成，阀瓣后半部分损坏正要亩闪蒸造成，整个阀瓣都受到一定程度的机械摩擦损伤。该阀介质为尿液及汽体，正常使用中不应存在固体颗粒，但据现场工人反映在大检修中可能会混入焊渣等固体颗粒，从而引起机械摩擦损伤。

        对汽蚀、闪蒸部位进行的 微硬度测量结果表明，经汽蚀和闪蒸作用后表面硬眨明显提高，较芯部硬度分别提高了50％和40％。用1Cr10Ni9Ti进行汽蚀实验得出硬度提商4O 左右的结果大致相同。测得硬化甚深发约为3O左右，而文献中介绍经汽蚀，显做硬度发生极大变化的袭层应层硬度值是由于显微硬度计压头的限制。

        为了推断汽蚀、闪蒸破坏具体过程，分别对表面和剖面进行了电镜观察。汽蚀与闪蒸最明显的共同之处是对晶界的损伤。不仅在表面看到的晶界损坏特征相似，在剖面看到的也如此，都表现出了微坑部疏松。

        汽蚀与闪蒸造成的微观特征有很多不同之处。首先是晶粒及晶粒团表面不同，汽蚀部位晶粒表面相当粗糙，而闪蒸部位晶粒表面贝很平整。另外亚表层的微观缺陷也不同，汽蚀主要是微观孔洞，闪蒸主要是微裂纹等。

        调节阀就其设计原理而言相当于在系统中设立了一个节流孔板，这就为汽蚀及闪蒸的发生创造了条件。从根本上讲汽蚀与闪蒸都是液体冲蚀过程，即液滴与固体表面高速撞击时所产生的液体侵蚀形式。就闪蒸而言，蒸汽体积常常大于液体体积，使液滴以趋向于达到蒸汽高速度冲阀瓣表面。其本质是冲击波与微射流共同的作用。汽蚀与闪蒸不同的只是冲击波与微射流来源有所不同。冲击波来源子汽泡的溃灭及其快速的形成，一般认为汽泡溃灭时的冲击压强可达到几千个大气压；微射流来源于汽泡的非对称破灭。因此，汽蚀的破坏程度大于闪蒸。这样也就解释了闽瓣汽蚀部分的几何尺寸损失大于闪蒸及电镜照片上看到的汽蚀与闪蒸形貌差别。切应力使表层晶粒张开的特征是汽蚀产生的强大冲击波造成，两在闪蒸破坏部位则没有发现这种情况。显示为汽蚀与闪蒸造成的微坑底部材料疏松、破碎的特征是微射流造成的。某些微射流正好打击在

由晶界等表面薄弱处已形成的小坑中，微射流被小坑的壁反射之后转向，不断冲击坑的聪部造成微坑底部疏松，破碎，这也是液体冲蚀特有形貌。

        品粒表面可看到奥氏体孪晶界，而在以往尿裘合成塔内316L为材质的塔内组件腐蚀形态的分析中，没有见过这种现象。产生这种差别的原因只有流体的冲剧(冲击波、微射流)作用。这说明在调节阀这样流体动力强度非常商的条件下，即使是在尿液这样腐蚀性非常强的介质中腐蚀作用也不是主要因素。