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【摘 要】本文分析了一起阀门断裂事故的原因，同时提出了一些建议。
【关键词】阀门；事故
0.前言
本市某茶厂一台运行中的锅炉分汽缸（出口至车间阀门）突然发生了阀盖断裂事故，造成人员受伤。事故发生后，作为一名锅炉检验人员，笔者随事故调查人员奔赴现场，进行了现场调查。本文通过事故现场勘察，阀门解体宏观检查，阀盖断口电竞扫描，阀盖取样检验检测，对事故阀门的阀盖断裂失效原因进行了详细分析。
1.现场描述与分析
（1）锅炉房内平行布置有锅炉和分汽缸。断裂阀门为分汽缸出口至生产车间的一柱塞阀。
（2）断裂部位为阀盖根部。此部位是应力集中部位。
（3）阀盖断裂后，断裂后的阀盖顶、手轮、阀杆与柱塞（后面称之为飞出件）一起整体飞出，撞击到锅炉外壁后掉落在地。
（4）锅炉外壁留下了撞痕，经痕迹比对，可判断飞出件的撞击部位为手轮的顶部。
（5）安全阀与压力表在检定有效期内，所以当时锅炉应该没有超压运行。
2.事故原因分析
2.1阀门的材质的确定
经对阀盖取样进行碳硫分析，其碳、硫含量（质量分数）分别为：3.373%和0.0590%。又经能谱分析，修正因舍去碳硫而引起的误差后得到其成分。从碳含量可以判断它是铸铁，其成份中没有其它特殊合金元素，故其不是合金铸铁。
参照《实用铸铁技术》[1] 34页表1-15，本次事故阀门中的成分除磷外与HT100和HT150的成分符合性更好。但磷含量大大超出一般灰铸铁的含量范围，它致少造成两个后果：
（1）大大降低了组织的致密性，增加铸造时疏松、缩孔等缺陷的产生，从而降低了铸件的强度。
（2）增加了铸件的脆性。
查《机械设计手册》[2]第2篇第1章钢铁材料中的铸铁可知，HT100不适合做阀体，所以，认为此阀门的材质为HT150。
2.2阀盖断裂形式
阀盖断口经电镜扫描，如图1，可以断定其为解理性脆性断裂。
它的意义即是，在瞬间力的作用下（此力甚至可以小于材料的屈服强度 或者），试件从源裂纹瞬间撕裂。
2.3寻找源裂纹
从断口的宏观检验即可发现此源裂纹，仔细观察断口，不难发现，断口内圈颜色与外圈颜色有明显的区别。内圈颜色呈红色，而外圈颜色呈灰色。这是因为，由于长期受到冲击载荷以及应力集中等因素，阀盖内壁在阀盖未断裂前就产生了裂纹，而且裂纹张口面已经被氧化产生了三氧化二铁，故呈红色；而断口外圈，是在外力作用下瞬间被撕开的，是灰铸铁的新鲜断口，呈灰色。
另外，再仔细观察断口，可以发现，断口从内至外，形貌有细微的变化。断口内圈，是呈红色的平整一圈；紧挨着内圈的是呈灰色的、细小颗粒状的一圈；而最外圈，是呈灰白色而较中间圈更为平整的一圈。这种形貌，正表征了阀盖断裂的过程。最内圈是断裂前就存在的裂纹，在瞬间外力的作用下，裂纹有一定阻力地往外扩展，当扩展到了最外层时，阻力变得微弱，阀盖崩溃式的裂断。所以，源裂纹即是呈红色的断口内圈。
2.4寻找外力源
分析阀盖的受力，它只受到阀杆和阀盖法兰对它的作用力。只两个力为平衡力。而阀杆的受力除阀盖外，来自于两方面，一是手轮，二是柱塞。由于事故时，未使用助力扳手且开度也只处于中间的部位，所以，手轮对阀杆的力可以不计。所以阀杆的受力大小，取决于柱塞。
再对柱塞进行受力分析。在碰撞时刻，柱塞只受到两个力，一是阀杆对它的力，二是可能存在的因汽压波动而导致的撞击。经过推导，阀杆受力大小取决于三个方面：柱塞对阀杆的冲击、蒸汽对柱塞的静压力以及可能存在的因汽压波动而导致的撞击。
2.5此外力能使阀盖承受多大的应力
2.5.1几点假设
（1）阀盖两端为刚性，阀盖筒体处于弹性状态，阀盖在冲击过程没有完成之前没有断裂且保持原物性参数。
（2）阀盖与阀杆之间的作用与柱塞与阀杆的碰撞同时发生，力的传导不需要时间。
（3）阀杆处于弹性状态。
（4）不计及柱塞与密封面的磨擦。
（5）柱塞一开启，流道内立刻充满蒸汽，且蒸汽压力为当时的工作压力。
（6）不计冲击时热能损失。
2.5.2过程描述
当时蒸汽压力为p，柱塞从A点以初速度为零的状态由蒸汽推动往B点运动，到达B点时的速度是V，柱寒在B点冲击阀杆，阀杆在弹性范围内被压缩，此时阀杆的压缩量是△LOB，柱塞速度为零阀盖在阀杆的作用下伸长，C点伸长到C*点，阀盖的伸长量为△LCD。最后，B点移动到B*点，移动的距离为LBB*，柱塞速度为零。冲击过程的冲击力为Fd，它是一个变化的量，随着阀杆的压力缩增大而增大，在冲击的最后达到最大值Fdmax 。
2.5.3经推导可得
由上述公式求解得σ阀盖=149.33MPa。另查GB/T9439-2010《灰铸铁件》[3]附录A表A.1，HT150的抗拉强度为150～250MPa，在149.33MPa的冲击作用力下，在有源裂纹的情况下，完全有可能发生解理性脆性断裂。而实际上，由于存在汽击，加上断裂部位为应力集中部位，其叠加冲击力将远远大于149.33MPa，此种情况下，断裂几乎不可避免。
3.事故结论和建议
（1）阀盖裂纹与阀门磨损是阀门断裂的是主要因素，是事故的直接原因。
（2）阀门年久失修，没能及时发现阀盖裂纹和阀门磨损是事故的间接原因。
（3）厂方没有建立相关的操作规程或操作细则存在管理上的漏洞。
（4）此阀门断裂与操作方式没有必然的关系。依据阀门的结构，只要阀门磨损到一定的程度，阀门断裂是必然会发生的。
（5）目前还没有明文规定须对此种小阀门有专门的操作规程。建议今后能够建立尽量详尽的操作规程。
【参考文献】
[1]胡家骢.实用铸铁技术[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2008.
[2]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]GB/T9439-2010，灰铸铁件[S]，2010.
【关键词】阀门；事故
0.前言
本市某茶厂一台运行中的锅炉分汽缸（出口至车间阀门）突然发生了阀盖断裂事故，造成人员受伤。事故发生后，作为一名锅炉检验人员，笔者随事故调查人员奔赴现场，进行了现场调查。本文通过事故现场勘察，阀门解体宏观检查，阀盖断口电竞扫描，阀盖取样检验检测，对事故阀门的阀盖断裂失效原因进行了详细分析。
1.现场描述与分析
（1）锅炉房内平行布置有锅炉和分汽缸。断裂阀门为分汽缸出口至生产车间的一柱塞阀。
（2）断裂部位为阀盖根部。此部位是应力集中部位。
（3）阀盖断裂后，断裂后的阀盖顶、手轮、阀杆与柱塞（后面称之为飞出件）一起整体飞出，撞击到锅炉外壁后掉落在地。
（4）锅炉外壁留下了撞痕，经痕迹比对，可判断飞出件的撞击部位为手轮的顶部。
（5）安全阀与压力表在检定有效期内，所以当时锅炉应该没有超压运行。
2.事故原因分析
2.1阀门的材质的确定
经对阀盖取样进行碳硫分析，其碳、硫含量（质量分数）分别为：3.373%和0.0590%。又经能谱分析，修正因舍去碳硫而引起的误差后得到其成分。从碳含量可以判断它是铸铁，其成份中没有其它特殊合金元素，故其不是合金铸铁。
参照《实用铸铁技术》[1] 34页表1-15，本次事故阀门中的成分除磷外与HT100和HT150的成分符合性更好。但磷含量大大超出一般灰铸铁的含量范围，它致少造成两个后果：
（1）大大降低了组织的致密性，增加铸造时疏松、缩孔等缺陷的产生，从而降低了铸件的强度。
（2）增加了铸件的脆性。
查《机械设计手册》[2]第2篇第1章钢铁材料中的铸铁可知，HT100不适合做阀体，所以，认为此阀门的材质为HT150。
2.2阀盖断裂形式
阀盖断口经电镜扫描，如图1，可以断定其为解理性脆性断裂。
它的意义即是，在瞬间力的作用下（此力甚至可以小于材料的屈服强度 或者），试件从源裂纹瞬间撕裂。
2.3寻找源裂纹
从断口的宏观检验即可发现此源裂纹，仔细观察断口，不难发现，断口内圈颜色与外圈颜色有明显的区别。内圈颜色呈红色，而外圈颜色呈灰色。这是因为，由于长期受到冲击载荷以及应力集中等因素，阀盖内壁在阀盖未断裂前就产生了裂纹，而且裂纹张口面已经被氧化产生了三氧化二铁，故呈红色；而断口外圈，是在外力作用下瞬间被撕开的，是灰铸铁的新鲜断口，呈灰色。
另外，再仔细观察断口，可以发现，断口从内至外，形貌有细微的变化。断口内圈，是呈红色的平整一圈；紧挨着内圈的是呈灰色的、细小颗粒状的一圈；而最外圈，是呈灰白色而较中间圈更为平整的一圈。这种形貌，正表征了阀盖断裂的过程。最内圈是断裂前就存在的裂纹，在瞬间外力的作用下，裂纹有一定阻力地往外扩展，当扩展到了最外层时，阻力变得微弱，阀盖崩溃式的裂断。所以，源裂纹即是呈红色的断口内圈。
2.4寻找外力源
分析阀盖的受力，它只受到阀杆和阀盖法兰对它的作用力。只两个力为平衡力。而阀杆的受力除阀盖外，来自于两方面，一是手轮，二是柱塞。由于事故时，未使用助力扳手且开度也只处于中间的部位，所以，手轮对阀杆的力可以不计。所以阀杆的受力大小，取决于柱塞。
再对柱塞进行受力分析。在碰撞时刻，柱塞只受到两个力，一是阀杆对它的力，二是可能存在的因汽压波动而导致的撞击。经过推导，阀杆受力大小取决于三个方面：柱塞对阀杆的冲击、蒸汽对柱塞的静压力以及可能存在的因汽压波动而导致的撞击。
2.5此外力能使阀盖承受多大的应力
2.5.1几点假设
（1）阀盖两端为刚性，阀盖筒体处于弹性状态，阀盖在冲击过程没有完成之前没有断裂且保持原物性参数。
（2）阀盖与阀杆之间的作用与柱塞与阀杆的碰撞同时发生，力的传导不需要时间。
（3）阀杆处于弹性状态。
（4）不计及柱塞与密封面的磨擦。
（5）柱塞一开启，流道内立刻充满蒸汽，且蒸汽压力为当时的工作压力。
（6）不计冲击时热能损失。
2.5.2过程描述
当时蒸汽压力为p，柱塞从A点以初速度为零的状态由蒸汽推动往B点运动，到达B点时的速度是V，柱寒在B点冲击阀杆，阀杆在弹性范围内被压缩，此时阀杆的压缩量是△LOB，柱塞速度为零阀盖在阀杆的作用下伸长，C点伸长到C*点，阀盖的伸长量为△LCD。最后，B点移动到B*点，移动的距离为LBB*，柱塞速度为零。冲击过程的冲击力为Fd，它是一个变化的量，随着阀杆的压力缩增大而增大，在冲击的最后达到最大值Fdmax 。
2.5.3经推导可得
由上述公式求解得σ阀盖=149.33MPa。另查GB/T9439-2010《灰铸铁件》[3]附录A表A.1，HT150的抗拉强度为150～250MPa，在149.33MPa的冲击作用力下，在有源裂纹的情况下，完全有可能发生解理性脆性断裂。而实际上，由于存在汽击，加上断裂部位为应力集中部位，其叠加冲击力将远远大于149.33MPa，此种情况下，断裂几乎不可避免。
3.事故结论和建议
（1）阀盖裂纹与阀门磨损是阀门断裂的是主要因素，是事故的直接原因。
（2）阀门年久失修，没能及时发现阀盖裂纹和阀门磨损是事故的间接原因。
（3）厂方没有建立相关的操作规程或操作细则存在管理上的漏洞。
（4）此阀门断裂与操作方式没有必然的关系。依据阀门的结构，只要阀门磨损到一定的程度，阀门断裂是必然会发生的。
（5）目前还没有明文规定须对此种小阀门有专门的操作规程。建议今后能够建立尽量详尽的操作规程。
【参考文献】
[1]胡家骢.实用铸铁技术[M].辽宁：辽宁科学技术出版社，2008.
[2]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]GB/T9439-2010，灰铸铁件[S]，2010.