球閥密封為什么會(huì)泄漏？怎么解決？

發(fā)布日期：2021-04-22 09:21:00 來(lái)源: 作者：英國(guó)卡麥隆 閱讀量（ ）

球閥越來(lái)越多地應(yīng)用于石化設(shè)備，如聚乙烯生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。球閥的應(yīng)用介質(zhì)是以有機(jī)溶劑、氣體和水為基礎(chǔ)，加入高附著力、高硬度的增塑固體顆粒，如高分子粉末(含有機(jī)溶劑)。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性和有機(jī)溶劑(如己烷)的揮發(fā)性，這類介質(zhì)中使用的球閥在使用一段時(shí)間后，容易出現(xiàn)內(nèi)部泄漏、堵塞、開關(guān)不當(dāng)?shù)裙收?。此時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連續(xù)輸出力可能會(huì)對(duì)球閥的主要操作部件造成損壞，迫使閥門離線維修，從而影響生產(chǎn)裝置的運(yùn)行。

目前，無(wú)論是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)硬密封球閥，在固體顆粒介質(zhì)段使用時(shí)，都容易發(fā)生內(nèi)部泄漏和堵塞。為了增加系統(tǒng)的在線正常運(yùn)行時(shí)間，國(guó)內(nèi)一些閥門制造公司對(duì)金屬硬密封球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)對(duì)球閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在含有固體顆粒的區(qū)段運(yùn)行效果良好。

一、損害原因分析

根據(jù)客戶的使用情況調(diào)查，固體顆粒段使用的金屬硬密封球閥故障頻率高，容易出現(xiàn)內(nèi)部泄漏、卡澀等故障。通常金屬硬密封在線運(yùn)行時(shí)間最多半年左右，甚至兩三個(gè)月，已經(jīng)成為制約整個(gè)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的瓶頸。

1.1內(nèi)部泄漏原因分析

球閥的內(nèi)泄漏與工藝介質(zhì)的性質(zhì)、操作條件、密封輔助涂層材料的選擇等因素有關(guān)。球閥內(nèi)部泄漏的主要原因：密封面涂層的侵蝕；介質(zhì)對(duì)密封面的剝離和腐蝕。研究表明，金屬硬密封球閥與密封亞層之間存在粘接。如果密封子涂層選擇不當(dāng)，密封面之間會(huì)有嚴(yán)重的粘附，導(dǎo)致開啟和關(guān)閉時(shí)密封面之間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)變。球閥開啟的瞬間，由于上下游相對(duì)壓差大，流隙小，流速快。此時(shí)，固體顆粒介質(zhì)會(huì)對(duì)球閥的密封二次涂層產(chǎn)生強(qiáng)烈的侵蝕。隨著球閥開關(guān)頻率的增加，沖蝕增加，最終導(dǎo)致球閥內(nèi)部泄漏嚴(yán)重。

1.2卡澀和開關(guān)不到位原因分析

固體顆粒球閥堵塞和開關(guān)不當(dāng)?shù)闹苯釉蚴牵好芊饷媸芰?；固體顆粒介質(zhì)積聚在閥腔中；軸承、軸套等。未硬化或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。部分截面開啟壓差大，溫度高，導(dǎo)致密封面摩擦力大。開關(guān)克服摩擦力所需的大部分功轉(zhuǎn)化為熱能，使密封面溫度升高，進(jìn)一步增加了粘著磨損和氧化磨損的趨勢(shì)。隨著開關(guān)次數(shù)的增加，密封面容易被拉，導(dǎo)致開關(guān)卡死。采用雙軸承設(shè)計(jì)和軸套硬化處理，不僅增加了閥桿的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，而且通過(guò)添加不同硬度的硬化材料，提高了雙軸承和軸套硬化的耐磨性和強(qiáng)度，從而保證了閥門的長(zhǎng)期高頻啟閉，而不會(huì)造成閥桿、軸承和軸套的應(yīng)變。

二、處理方法

由于其應(yīng)用介質(zhì)的特殊性，粉末用金屬硬密封球閥密封面的整體壽命較短，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求，存在很大的安全隱患。因此，從閥門的整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，應(yīng)該對(duì)閥門進(jìn)行優(yōu)化，如密封面的材料選擇、開啟盤簧設(shè)計(jì)、排灰槽設(shè)計(jì)、閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)化等?？梢杂行岣邞?yīng)用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進(jìn)而提高整個(gè)球閥的在線運(yùn)行時(shí)間。

2.1密封面的材料選擇

國(guó)內(nèi)外多家球閥供應(yīng)商的實(shí)驗(yàn)研究表明，密封面的涂層材料越硬越好，沒(méi)有適合任何場(chǎng)合的最佳專用材料。根據(jù)工藝介質(zhì)條件和操作要求，合適的硬質(zhì)合金材料和合理的密封結(jié)構(gòu)可以有效防止密封副粘結(jié)。在密封面材料的選擇上，通過(guò)大量的試驗(yàn)，對(duì)幾十種密封副材料進(jìn)行了測(cè)試，選出了具有超強(qiáng)工況針對(duì)性、抗粘連、抗氧化、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好的硬質(zhì)合金涂層材料。硬質(zhì)合金涂層徹底解決了硬質(zhì)合金在高壓、高溫和純氣體工作條件下的粘結(jié)、氧化、蓄熱和靜電放電問(wèn)題。當(dāng)它應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)時(shí)，其耐磨性和使用壽命大大提高。密封結(jié)構(gòu)采用定量壓縮、雙軸承、開式碟簧補(bǔ)償?shù)冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證高溫、常溫、低溫下切換扭矩穩(wěn)定、到位切換。

2.2開式碟形彈簧設(shè)計(jì)

碟簧在固體顆粒球閥中的應(yīng)用越來(lái)越多。通常，帶碟簧的球閥在開啟和關(guān)閉過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩即使在無(wú)壓狀態(tài)下也是不同的。開啟過(guò)程中扭矩波動(dòng)不大，但在關(guān)閉過(guò)程中扭矩先達(dá)到最大，然后突然減小，再逐漸增大。原因是在球體關(guān)閉過(guò)程中，閥座的側(cè)向傾斜造成盤簧在初始位置和關(guān)閉位置之間的預(yù)緊力不同，相應(yīng)的球座密封副之間的摩擦力也不同。開式碟簧可以解決閥門啟閉扭矩不同的問(wèn)題。在球閥開啟或關(guān)閉過(guò)程中，開啟碟簧使開啟側(cè)碟簧力變小。此時(shí)雖然閥座傾斜，一側(cè)碟簧的壓縮量會(huì)增加，但由于開啟的影響，兩側(cè)的受力基本相同，保證了球閥在關(guān)閉和開啟過(guò)程中，球座密封子涂層產(chǎn)生的摩擦力矩基本不變，降低了整個(gè)球閥的切換力矩，有效減少了閥門卡死故障。

2.3排灰罐的設(shè)計(jì)

進(jìn)入碟形彈簧的材料比螺旋彈簧更容易排出，但材料也會(huì)進(jìn)入碟形彈簧并積聚在碟形彈簧和閥體或閥蓋之間形成的三角形區(qū)域。而且，隨著壓力的變化，閥座組件會(huì)產(chǎn)生少量的位移，盤簧變形產(chǎn)生的間隙會(huì)被固體或泥漿介質(zhì)填充，使盤簧無(wú)法復(fù)位，失去其固有的彈性補(bǔ)償功能，從而導(dǎo)致球體與閥座之間的摩擦力增大和增大，最終導(dǎo)致球閥卡死現(xiàn)象，直到執(zhí)行器無(wú)法驅(qū)動(dòng)球閥，最終導(dǎo)致球閥失效。球閥排灰罐很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。物料進(jìn)入碟簧后，碟簧后面的灰或泥漿通過(guò)排灰罐排出，碟簧不會(huì)被卡住，很好的保證了閥座的靈活性，使得扭矩很好的控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

除了上述優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)用于固體顆粒介質(zhì)的球閥時(shí)，還應(yīng)確保以下方面：

(1)閥座的邊緣是尖銳的，起到了刮刀的作用，防止固體顆粒進(jìn)入閥座與球體的縫隙。

（2）閥座環(huán)與閥體內(nèi)的閥座槽的表面粗糙度與尺寸公差合理，保證其間的石墨密封材料在規(guī)定的操作及設(shè)計(jì)溫度下不會(huì)被擠壓，同時(shí)防止由于熱膨脹引起的閥座粘結(jié)。

（3）座槽內(nèi)的閥座環(huán)支撐部件在球閥運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生傾斜。

（4）閥座表面具有足夠的硬度，無(wú)污跡、裂縫或凹痕。

三、結(jié)論

金屬硬密封球閥應(yīng)用于懸浮液、渣漿、聚乙烯粉等固體顆粒介質(zhì)時(shí)，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀、開關(guān)不到位等故障。通過(guò)優(yōu)化球閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效防止了閥腔內(nèi)介質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入閥體與閥座之間的腔內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)的球閥具有壽命長(zhǎng)，耐高溫、耐磨損、耐沖刷等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、腐蝕、結(jié)晶、沉淀性介質(zhì)工況，如石油化工裝置生產(chǎn)的的固體顆粒產(chǎn)品下料輸送等管線上，效果很好。