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【摘 要】本文对燃气瓶组站微漏气事故的处理过程进行了详细介绍，通过漏气原因再分析，对材料性能进行比较，找出了材质性能不匹配是造成漏气的主要原因，同时提出在螺纹连接选配方面应注意的事项。
【关键词】漏气处置；漏气原因质疑与再分析
中图分类号：TU996.7
一、背景介绍：
2005年4月，本人在佛山南海燃气公司负责建设的一燃气瓶组站供气工程在验收通气不到一个月的时间，站内高压段不锈钢丝扣球阀接嘴处发生多处微漏气（见图1微漏点）。由于不锈钢有良好的低温性能，原计划在本燃气瓶组站试用德星不锈钢丝扣阀门取代丝扣铜球阀，以解决铜球阀低温易发生开裂问题。
接到漏气通知后，我立即组织了相关人员到现场进行核查、分析漏气原因并制定整改方案。经现场核查、分析，初步认为，造成微漏气原因可能是套丝质量不好、安装不规范等，因此就按上述原因安排施工单位进行了整改。
二、漏气处置过程：
1.核实漏气
2005年4月11日，在接到黄岐分公司的关于黄岐四季花城瓶组站漏气通知后，工程技术部立即组织了广州万安监理公司、中国南海工程有限公司相关人员到现场核实，确认站内高压部分多处不锈钢丝扣球阀与无缝钢管短管螺纹连接处有微漏气。
2.分析漏气原因，制定漏气处理方案
据事后反映和查阅竣工资料，该工程按规范进行了吹扫、强度和气密性试验、均验收合格， 并于2005年3月4日在工程技术部的组织下，监理公司、施工单位、设计单位及黄岐分公司等相关人员共同对黄岐四季花城瓶组站进行竣工验收。
在核实漏气后，工程技术部立即组织了监理公司、施工单位相关人员对可能造成漏气的各种原因进行了详细的分析和讨论，并制定了详尽的修补施工方案，其主要程序如下：
1）先对暂未通气的手动瓶组间进行漏气修补，若短管螺纹无质量问题，就直接把德星不锈钢丝扣球阀（以下简称德星球阀）更换为中核苏阀不锈钢丝扣球阀（以下简称中核苏阀），因漏气问题和德星球阀厂家进行沟通，厂家反映其内螺纹球阀为60°螺纹，存在与55°管螺纹不匹配问题；若短管螺纹有质量问题，就重新预制高压工艺管道，经检验合格后再替换站内原有高压工艺管道，并直接安装上中核苏阀。
2）手动瓶组间漏气修补完后，将其置换通气，再对自动切换瓶组间进行停气，然后按同上方法对自动切换瓶组间进行漏气修补。
上述各阶段漏气修补完后，通气前试压验收及接口查漏均需相关人员现场共同检查确认。
3.漏气修补
1）2005年4月14日对手动切换瓶组间左支路打压0.5Mpa进行查漏，共发现4处与DN15球阀（德星球阀）连接的牙嘴有微漏；拆下各阀门对所有DN15牙嘴的螺纹进行检查，共有六处牙嘴的螺纹有缺陷，如末端有细牙、缺口和断丝；
2）拆下左支路液相管，对牙嘴进行重新套丝，接着安装上中核苏阀进行重新试压和查漏（安装过程中严格按规范施工的），先发现有一处有微漏，间隔十分钟后重新查漏，漏气点又有增加，经重新修补后，未发现漏点，接着对右支路也进行了中核苏阀的更换；
3）2005年4月15日上午施工人员与监理在现场检查更换的阀门接口处没有发现漏点，但当天下午本人和施工人员进行复查时，共在两支路上又发现有10处左右的漏点，鉴于经反复修补仍不能解决微漏问题，决定对瓶组间所有高压液相支管进行重新制作和安装；
4）2005年4月18日至2005年4月29日对瓶组间的液相管道进行了重新制作和更换，但试压查漏总存在问题，不锈钢球阀与无缝钢管螺纹连接处微漏不止，经常是修好一处，下一处又有微漏，致使瓶组间内高压管道历经约10天还不能验收置换，对微漏气处的钢管短螺纹进行检查，螺纹外观均有不同程度的损伤；
5）经反复修补和检查合格后，2005年4月29日和2005年4月30日，黄岐分公司分别对手动切换瓶组间和自动切换瓶组间进行了验收和置换，整个试压验收和所有接口查漏过程工程技术部、施工单位及分公司相关人员均到现场旁站检查；
6）2005年5月17日对中核苏阀DN15不锈钢球阀与无缝钢管螺纹连接处再次进行查漏，又发现多处接口微漏气。
截至2005年5月17日晚黄岐四季花城瓶组站螺纹连接多处微漏事件得以初步整改完毕，螺纹连接处是否会再次发生微漏仍需跟踪检查。6月份黄岐分公司在运行检查中又发现有新的微漏點，后来公司统一决定将不锈钢丝扣球阀全部更换成丝扣铜球阀，跟换后接口微漏气问题立马就得到了解决，在后来的运营中也没再收到关于接口微漏气的报告，瓶组站螺纹接口微漏气问题终于告一段落。
三、对原漏气原因分析的质疑
当年我们对不锈钢丝扣球阀螺纹连接处反复发生多处微漏也进行了详细的原因分析，主要原因认为有以下几点：
1.DN15德星不锈钢球阀的内螺纹非国标，与无缝钢管外螺纹不配套；
2.DN15不锈钢中核苏阀第一批为为60°圆柱内螺纹球阀，与公司目前通用的55°圆锥外螺纹不配套；
3.因螺纹标准不配套造成无缝钢管螺纹受损，施工时采取了多缠生料带的办法，最终不能阻止漏气现象发生。
另外还存在施工不规范问题等。
对上述漏气原因的分析结论，当年本人觉得难自圆其说，当时由于时间和精力的关系就没有深究，但在心底一直是个结。
疑点如下：
1.不锈钢内螺纹阀门与无缝钢管外螺纹拧紧后拆下，发现无缝钢管外螺纹都有不同程度的损伤，不锈钢内螺纹完好无损；为保证不漏气，拧得越紧，无缝钢管外螺纹损伤越严重，施拧前光洁、整齐的外螺纹，施拧后全被剪裂了、剪平了，成了细丝、断丝，完全面目全非。
2.管螺纹目前一般都采用55°螺纹，由于不锈钢阀门的螺纹为60°圆柱内螺纹与管螺纹不匹配造成漏气，此说法前后矛盾；刚开始说不锈钢阀门内螺纹不匹配可以接受，但后来从厂家采购了55°圆柱内螺纹阀门，我们也通过螺距塞规进行了检测，并未发现异常，但同样还是发生了漏气。拆下来，检查无缝钢管外螺纹，发现螺纹依然损伤严重。 3.螺纹接口在管道试压较低时没发生微漏点，但随着压力的上升、试压时间的持续，微漏点就慢慢显露出来，压力越高越明显。
4.对微漏整改好重新通气后，经过一段时间运营（最长持续不到1个月），又发现部分接口有微漏，后来全部把不锈钢阀门更换成丝扣铜球阀，在对原无缝钢管外螺纹没做任何修整的情况下，也没有发生微漏气问题。
四、微漏氣原因再分析
当年凭感觉认为不锈钢比20#钢要硬，材质不匹配，才会造成20#无缝钢管外螺纹被剪裂、剪糊，发生脱扣，但缺乏相关理论支持，故只作为疑似原因，最终在事故原因分析中未予采信，也未写进漏气原因结论中。近年，本人通过和同行业资深人士交流、同时查询相关文献佐证当年的微漏疑似原因其实是造成漏气的主要原因。下面进行进一步阐述。
影响管螺纹密封性能的因素很多，一般情况在选择管螺纹副时主要注意以下因素：
1.配合方式会影响密封性能。实验结果表明，圆柱内螺纹与圆锥外螺纹的螺纹副较圆锥外螺纹与圆锥内螺纹组成的螺纹副更容易实现密封。从两种配合方式的密封位置图（图2）可以看出，他们的密封能力是有区别的，前者是靠圆柱内螺纹与圆锥外螺纹在二者中径尺寸相等处形成密封环来进行密封的，由于扭紧力矩集中于内、外螺纹的一环上，使之处于过盈状态并产生变形比较容易，使用起来也方便；后者所形成的螺纹副要在整个锥面上构成密合是比较困难的，只有在内外螺纹的锥度、圆度等形状误差和牙的位置误差都很小的情况下才会实现，可见锥面的密封困难大，在燃气安装方面很少使用。我们在工程实践中主要采用锥柱接，本工程的螺纹短管和丝口球阀也是采用锥柱接方式。
2.采用不同硬度的材料会有利于密封。螺纹的密封依赖于螺纹材料的变形，内外螺纹最好采用不同硬度的材料。另外，内螺纹的壁厚小一点有利于产生变形，内螺纹材质适当偏软也有利于产生变形，当然所讲变形是很微小的，不应破坏螺纹的互换性。必要时根据不同材料规定不同的旋转力矩。
3.一般说来，螺栓和螺母彼此的材料强度越接近，螺纹脱扣失效的发生机率越小，不管是哪一个先发生脱扣。如果强度不一致，失效载荷会略高。这就是为什么用硬化心轴测试螺母时比用同等强度螺栓测试时表现出稍高的失效载荷的原因。？螺栓、螺母的材料选择，主要根据其强度级别来决定，螺栓、螺柱应比螺母的硬度高（如高30-50HB）；同样在螺纹连接中，内螺纹阀门可类比为螺母，外螺纹短管可类比为螺栓，阀门一般应使螺母材料比螺栓材料低一级，硬度低20～40HB，可以避免螺栓咬死和磨损，也就是说阀门内螺纹的硬度应比与其相连接的外螺纹短管要适当低20～40HB，这样才有利于锥柱接配合。
4.现在可以对瓶组站高压部分不锈钢球阀、20#无缝钢管短管、铜球阀的材质进行分析比较。
不锈钢球阀的材质为304，抗拉强度为520Mpa，维氏硬度HV为162.5，布氏硬度HB154。
20#钢属《优质碳素结构钢》GB/T699-1999，抗拉强度420Mpa，维氏硬度HV为131.7，布氏硬度HB125.3；
铜球阀的材质为H59黄铜，抗拉强度295 Mpa，维氏硬度HV为92.5，布氏硬度HB87.7。
不锈钢HB154﹥20号钢HB125.3﹥H59黄铜HB87.7。
根据阀门内螺纹的布氏硬度应比与其相连接的外螺纹短管要适当低20～40HB的原则可知：不锈钢内螺纹阀门与20#无缝钢管外螺纹是不匹配的，反过来，不锈钢外螺纹与20#无缝钢管内螺纹是适配的；H59黄铜内螺纹与20#无缝钢管外螺纹是适配的，反之H59黄铜外螺纹与20#无缝钢管内螺纹是不匹配的。
由于不锈钢内螺纹阀门与20#无缝钢管外螺纹材质的不匹配，是造成20#无缝钢管外螺纹断丝、裂丝、脱扣、进而发生微漏气最直接、最主要的原因，其他诸如螺纹标准不对、密封带缠得太多、旋转扭矩太大等都不是造成微漏气的主要原因。
五、结语
螺纹副连接配合在密封性要求非常严格的燃气行业应该引起高度重视，在保证螺纹标准的适配的同时，必须保证内外螺纹在材质性能方面的适配，这是工程实践中容易疏忽的地方；为达到较好的密封效果，适当降低内螺纹材质的硬度是有效的手段，规范施工、合理选择和使用密封材料、合理控制扭矩也是十分必要的。
参考文献：
[1] 崔淑君，张纪文。关于螺纹应用中的几个问题[J]。机械研究与应用，2000，13（3）：13—17。
[2] 于源。关于螺纹密封因素的探讨[J]。机械工业标准化，1995，（7）：21—22。
[3] 成大先主编。机械设计手册（第五版）：单行本.连接与紧固[M]。北京：化学工业出版社，2010，59—84。
【关键词】漏气处置；漏气原因质疑与再分析
中图分类号：TU996.7
一、背景介绍：
2005年4月，本人在佛山南海燃气公司负责建设的一燃气瓶组站供气工程在验收通气不到一个月的时间，站内高压段不锈钢丝扣球阀接嘴处发生多处微漏气（见图1微漏点）。由于不锈钢有良好的低温性能，原计划在本燃气瓶组站试用德星不锈钢丝扣阀门取代丝扣铜球阀，以解决铜球阀低温易发生开裂问题。
接到漏气通知后，我立即组织了相关人员到现场进行核查、分析漏气原因并制定整改方案。经现场核查、分析，初步认为，造成微漏气原因可能是套丝质量不好、安装不规范等，因此就按上述原因安排施工单位进行了整改。
二、漏气处置过程：
1.核实漏气
2005年4月11日，在接到黄岐分公司的关于黄岐四季花城瓶组站漏气通知后，工程技术部立即组织了广州万安监理公司、中国南海工程有限公司相关人员到现场核实，确认站内高压部分多处不锈钢丝扣球阀与无缝钢管短管螺纹连接处有微漏气。
2.分析漏气原因，制定漏气处理方案
据事后反映和查阅竣工资料，该工程按规范进行了吹扫、强度和气密性试验、均验收合格， 并于2005年3月4日在工程技术部的组织下，监理公司、施工单位、设计单位及黄岐分公司等相关人员共同对黄岐四季花城瓶组站进行竣工验收。
在核实漏气后，工程技术部立即组织了监理公司、施工单位相关人员对可能造成漏气的各种原因进行了详细的分析和讨论，并制定了详尽的修补施工方案，其主要程序如下：
1）先对暂未通气的手动瓶组间进行漏气修补，若短管螺纹无质量问题，就直接把德星不锈钢丝扣球阀（以下简称德星球阀）更换为中核苏阀不锈钢丝扣球阀（以下简称中核苏阀），因漏气问题和德星球阀厂家进行沟通，厂家反映其内螺纹球阀为60°螺纹，存在与55°管螺纹不匹配问题；若短管螺纹有质量问题，就重新预制高压工艺管道，经检验合格后再替换站内原有高压工艺管道，并直接安装上中核苏阀。
2）手动瓶组间漏气修补完后，将其置换通气，再对自动切换瓶组间进行停气，然后按同上方法对自动切换瓶组间进行漏气修补。
上述各阶段漏气修补完后，通气前试压验收及接口查漏均需相关人员现场共同检查确认。
3.漏气修补
1）2005年4月14日对手动切换瓶组间左支路打压0.5Mpa进行查漏，共发现4处与DN15球阀（德星球阀）连接的牙嘴有微漏；拆下各阀门对所有DN15牙嘴的螺纹进行检查，共有六处牙嘴的螺纹有缺陷，如末端有细牙、缺口和断丝；
2）拆下左支路液相管，对牙嘴进行重新套丝，接着安装上中核苏阀进行重新试压和查漏（安装过程中严格按规范施工的），先发现有一处有微漏，间隔十分钟后重新查漏，漏气点又有增加，经重新修补后，未发现漏点，接着对右支路也进行了中核苏阀的更换；
3）2005年4月15日上午施工人员与监理在现场检查更换的阀门接口处没有发现漏点，但当天下午本人和施工人员进行复查时，共在两支路上又发现有10处左右的漏点，鉴于经反复修补仍不能解决微漏问题，决定对瓶组间所有高压液相支管进行重新制作和安装；
4）2005年4月18日至2005年4月29日对瓶组间的液相管道进行了重新制作和更换，但试压查漏总存在问题，不锈钢球阀与无缝钢管螺纹连接处微漏不止，经常是修好一处，下一处又有微漏，致使瓶组间内高压管道历经约10天还不能验收置换，对微漏气处的钢管短螺纹进行检查，螺纹外观均有不同程度的损伤；
5）经反复修补和检查合格后，2005年4月29日和2005年4月30日，黄岐分公司分别对手动切换瓶组间和自动切换瓶组间进行了验收和置换，整个试压验收和所有接口查漏过程工程技术部、施工单位及分公司相关人员均到现场旁站检查；
6）2005年5月17日对中核苏阀DN15不锈钢球阀与无缝钢管螺纹连接处再次进行查漏，又发现多处接口微漏气。
截至2005年5月17日晚黄岐四季花城瓶组站螺纹连接多处微漏事件得以初步整改完毕，螺纹连接处是否会再次发生微漏仍需跟踪检查。6月份黄岐分公司在运行检查中又发现有新的微漏點，后来公司统一决定将不锈钢丝扣球阀全部更换成丝扣铜球阀，跟换后接口微漏气问题立马就得到了解决，在后来的运营中也没再收到关于接口微漏气的报告，瓶组站螺纹接口微漏气问题终于告一段落。
三、对原漏气原因分析的质疑
当年我们对不锈钢丝扣球阀螺纹连接处反复发生多处微漏也进行了详细的原因分析，主要原因认为有以下几点：
1.DN15德星不锈钢球阀的内螺纹非国标，与无缝钢管外螺纹不配套；
2.DN15不锈钢中核苏阀第一批为为60°圆柱内螺纹球阀，与公司目前通用的55°圆锥外螺纹不配套；
3.因螺纹标准不配套造成无缝钢管螺纹受损，施工时采取了多缠生料带的办法，最终不能阻止漏气现象发生。
另外还存在施工不规范问题等。
对上述漏气原因的分析结论，当年本人觉得难自圆其说，当时由于时间和精力的关系就没有深究，但在心底一直是个结。
疑点如下：
1.不锈钢内螺纹阀门与无缝钢管外螺纹拧紧后拆下，发现无缝钢管外螺纹都有不同程度的损伤，不锈钢内螺纹完好无损；为保证不漏气，拧得越紧，无缝钢管外螺纹损伤越严重，施拧前光洁、整齐的外螺纹，施拧后全被剪裂了、剪平了，成了细丝、断丝，完全面目全非。
2.管螺纹目前一般都采用55°螺纹，由于不锈钢阀门的螺纹为60°圆柱内螺纹与管螺纹不匹配造成漏气，此说法前后矛盾；刚开始说不锈钢阀门内螺纹不匹配可以接受，但后来从厂家采购了55°圆柱内螺纹阀门，我们也通过螺距塞规进行了检测，并未发现异常，但同样还是发生了漏气。拆下来，检查无缝钢管外螺纹，发现螺纹依然损伤严重。 3.螺纹接口在管道试压较低时没发生微漏点，但随着压力的上升、试压时间的持续，微漏点就慢慢显露出来，压力越高越明显。
4.对微漏整改好重新通气后，经过一段时间运营（最长持续不到1个月），又发现部分接口有微漏，后来全部把不锈钢阀门更换成丝扣铜球阀，在对原无缝钢管外螺纹没做任何修整的情况下，也没有发生微漏气问题。
四、微漏氣原因再分析
当年凭感觉认为不锈钢比20#钢要硬，材质不匹配，才会造成20#无缝钢管外螺纹被剪裂、剪糊，发生脱扣，但缺乏相关理论支持，故只作为疑似原因，最终在事故原因分析中未予采信，也未写进漏气原因结论中。近年，本人通过和同行业资深人士交流、同时查询相关文献佐证当年的微漏疑似原因其实是造成漏气的主要原因。下面进行进一步阐述。
影响管螺纹密封性能的因素很多，一般情况在选择管螺纹副时主要注意以下因素：
1.配合方式会影响密封性能。实验结果表明，圆柱内螺纹与圆锥外螺纹的螺纹副较圆锥外螺纹与圆锥内螺纹组成的螺纹副更容易实现密封。从两种配合方式的密封位置图（图2）可以看出，他们的密封能力是有区别的，前者是靠圆柱内螺纹与圆锥外螺纹在二者中径尺寸相等处形成密封环来进行密封的，由于扭紧力矩集中于内、外螺纹的一环上，使之处于过盈状态并产生变形比较容易，使用起来也方便；后者所形成的螺纹副要在整个锥面上构成密合是比较困难的，只有在内外螺纹的锥度、圆度等形状误差和牙的位置误差都很小的情况下才会实现，可见锥面的密封困难大，在燃气安装方面很少使用。我们在工程实践中主要采用锥柱接，本工程的螺纹短管和丝口球阀也是采用锥柱接方式。
2.采用不同硬度的材料会有利于密封。螺纹的密封依赖于螺纹材料的变形，内外螺纹最好采用不同硬度的材料。另外，内螺纹的壁厚小一点有利于产生变形，内螺纹材质适当偏软也有利于产生变形，当然所讲变形是很微小的，不应破坏螺纹的互换性。必要时根据不同材料规定不同的旋转力矩。
3.一般说来，螺栓和螺母彼此的材料强度越接近，螺纹脱扣失效的发生机率越小，不管是哪一个先发生脱扣。如果强度不一致，失效载荷会略高。这就是为什么用硬化心轴测试螺母时比用同等强度螺栓测试时表现出稍高的失效载荷的原因。？螺栓、螺母的材料选择，主要根据其强度级别来决定，螺栓、螺柱应比螺母的硬度高（如高30-50HB）；同样在螺纹连接中，内螺纹阀门可类比为螺母，外螺纹短管可类比为螺栓，阀门一般应使螺母材料比螺栓材料低一级，硬度低20～40HB，可以避免螺栓咬死和磨损，也就是说阀门内螺纹的硬度应比与其相连接的外螺纹短管要适当低20～40HB，这样才有利于锥柱接配合。
4.现在可以对瓶组站高压部分不锈钢球阀、20#无缝钢管短管、铜球阀的材质进行分析比较。
不锈钢球阀的材质为304，抗拉强度为520Mpa，维氏硬度HV为162.5，布氏硬度HB154。
20#钢属《优质碳素结构钢》GB/T699-1999，抗拉强度420Mpa，维氏硬度HV为131.7，布氏硬度HB125.3；
铜球阀的材质为H59黄铜，抗拉强度295 Mpa，维氏硬度HV为92.5，布氏硬度HB87.7。
不锈钢HB154﹥20号钢HB125.3﹥H59黄铜HB87.7。
根据阀门内螺纹的布氏硬度应比与其相连接的外螺纹短管要适当低20～40HB的原则可知：不锈钢内螺纹阀门与20#无缝钢管外螺纹是不匹配的，反过来，不锈钢外螺纹与20#无缝钢管内螺纹是适配的；H59黄铜内螺纹与20#无缝钢管外螺纹是适配的，反之H59黄铜外螺纹与20#无缝钢管内螺纹是不匹配的。
由于不锈钢内螺纹阀门与20#无缝钢管外螺纹材质的不匹配，是造成20#无缝钢管外螺纹断丝、裂丝、脱扣、进而发生微漏气最直接、最主要的原因，其他诸如螺纹标准不对、密封带缠得太多、旋转扭矩太大等都不是造成微漏气的主要原因。
五、结语
螺纹副连接配合在密封性要求非常严格的燃气行业应该引起高度重视，在保证螺纹标准的适配的同时，必须保证内外螺纹在材质性能方面的适配，这是工程实践中容易疏忽的地方；为达到较好的密封效果，适当降低内螺纹材质的硬度是有效的手段，规范施工、合理选择和使用密封材料、合理控制扭矩也是十分必要的。
参考文献：
[1] 崔淑君，张纪文。关于螺纹应用中的几个问题[J]。机械研究与应用，2000，13（3）：13—17。
[2] 于源。关于螺纹密封因素的探讨[J]。机械工业标准化，1995，（7）：21—22。
[3] 成大先主编。机械设计手册（第五版）：单行本.连接与紧固[M]。北京：化学工业出版社，2010，59—84。