石油化工裝置閥門密封及泄漏問題分析

陳小麗

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京210019）

石油化工裝置閥門密封及泄漏問題分析

陳小麗

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京210019）

本文介紹了石油化工裝置閥門的密封性能，系統(tǒng)闡述了閥門及填料函泄漏的影響因素以及外漏問題的解決方式，并分析了閥門密封性能在線檢測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期提高石油化工裝置閥門部件的密封性能目的。

石油化工裝置；閥門；密封；泄漏

閥門密封性能是指閥門各個密封部位對介質(zhì)泄漏的阻止及應(yīng)對能力，可作為評價閥門裝置質(zhì)量水平的最主要的技術(shù)和性能指標(biāo)。

在石油化工裝置的具體使用中，閥門性能應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)評估兩方面，一是閥門外漏可能性，二是閥門內(nèi)漏可能性。首先，閥座與關(guān)閉件相接觸部分的閥門連接，即閥門密封副。若在實(shí)際使用中該部位閥門裝置的密封性能失效，則會導(dǎo)致閥門出現(xiàn)一定程度上的內(nèi)泄漏問題，影響該性能的因素包括制造工藝水平較低、密封面變形、介質(zhì)腐蝕等。其次，閥桿與填料函連接部位，該部位密封性能低下會導(dǎo)致出現(xiàn)外泄漏問題。由該問題所產(chǎn)生的不良影響包括石油化工能源浪費(fèi)，環(huán)境污染甚至危及安全，必須引起高度關(guān)注。

1 閥門外漏的影響因素與處理方式

1.1 閥門外漏的影響因素

1.1.1 閥桿泄漏

閥桿可以帶動啟閉件動作，以控制閥門的開啟與關(guān)閉。閥桿表面粗糙程度直接影響閥門整體密封性能。在石油化工裝置中，與閥桿接觸的材料以非金屬類材料為主，容易填充接觸面微觀空隙。但由于閥桿需長期運(yùn)動，因此粗糙度過大時會導(dǎo)致閥桿出現(xiàn)不均勻性磨損，從而導(dǎo)致泄漏問題的產(chǎn)生。此外，閥桿的不直度也可能直接影響閥門的整體密封性能。

1.1.2 填料函泄漏

填料函的主要構(gòu)成包括填料、填料墊、填料箱及填料壓蓋（見圖1）。在石油化工閥門的實(shí)際使用中，多發(fā)現(xiàn)介質(zhì)可能在密封填料部位泄漏，主要原因包括以下幾個方面：填料壓蓋固定不牢，發(fā)生松動；密封填料不嚴(yán)密；填料老化；填料受閥桿表面磨損影響。

圖1 填料函結(jié)構(gòu)示意圖

1.1.3 閥蓋部泄漏

閥蓋部密封結(jié)構(gòu)為靜密封結(jié)構(gòu)，在法蘭連接密封工況下，若閥門公稱直徑偏小，則多選擇螺紋連接密封形式[1]。一旦墊片的材質(zhì)、類型、尺寸與設(shè)計值出現(xiàn)偏差，或法蘭密封面加工質(zhì)量有所缺陷，都可能導(dǎo)致泄漏問題的發(fā)生。

1.2 閥門外漏的解決方法

1.2.1 解決閥桿所致泄漏問題的措施

提高閥桿相關(guān)密封性零部件的加工精度與水平；適當(dāng)提高閥桿部件的密封耐磨性能；選擇適宜的填料組合與填料形狀；選擇合理的閥桿填料預(yù)壓力水平。此外，由于在閥桿材料的選型中會受到其所應(yīng)用介質(zhì)環(huán)境條件的影響，因此為提高其耐磨性水平，還可采取一系列表面預(yù)處理技術(shù)，如鍍金、熱處理、滲透氮等，在不影響閥桿材料韌性水平的基礎(chǔ)上預(yù)防閥門外漏缺陷的產(chǎn)生。

1.2.2 解決填料函所致泄漏問題的措施

一是對閥門盤根壓蓋結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，如選用分體式壓蓋，該結(jié)構(gòu)設(shè)計方案能夠使填料函壓圈自動對中，螺栓借助于壓圈及壓蓋所產(chǎn)生壓力在填料盤根上均勻分布[2]，從而能夠使填料密封性能達(dá)到理想狀態(tài)。此外，也可采用具有彈性密封面的密封結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。該結(jié)構(gòu)方案能夠補(bǔ)償熱變形，充分利用閥瓣熱變形技術(shù)達(dá)到密封效果，利用舌形閥瓣結(jié)構(gòu)的微小彈性避免泄漏問題的產(chǎn)生。此外，針對石油化工應(yīng)用領(lǐng)域中以流體介質(zhì)為主的特點(diǎn)，可以優(yōu)先選擇使用V型球閥，如圖3所示進(jìn)行設(shè)計。在該設(shè)計方案下，球芯與閥桿采用普通連接方式，回差比小，可靠性高，承載力高，對液體調(diào)節(jié)有良好性能。二是針對直徑在50nm范圍內(nèi)的截止閥及閘閥裝置而言，為從設(shè)計環(huán)節(jié)入手提高其密封性能，可在密封部位采用柔性石墨編制填料的方案，利用其強(qiáng)度較高的特點(diǎn)避免石墨被擠入閥腔內(nèi)，中間部分則可應(yīng)用模壓石墨環(huán)以達(dá)到良好的預(yù)防效果。三是在閥門裝置填料壓蓋部位設(shè)計碟型彈簧活載結(jié)構(gòu)，由于柔性石墨填料在熱燒損及磨損因素的雙重作用下會產(chǎn)生一定程度上的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，故引入碟型彈簧活載結(jié)構(gòu)后能夠使填料壓蓋始終對填料產(chǎn)生較大的壓力作用，進(jìn)而預(yù)防因填料松弛或壓蓋螺栓松弛所產(chǎn)生密封失效問題，提高閥門密封性能。

圖2 具有彈性密封面的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖3 V型球閥密封結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

1.2.3 解決閥蓋部泄漏問題的措施

可優(yōu)先通過提高密封副加工精度的方式，起到改善其密封性能的效果。目前建議將密封面加工精度控制在1.6～3.2μm，同時需要注意對加工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，切忌出現(xiàn)徑向加工缺陷，以免導(dǎo)致泄漏量的急劇增加。此外，針對高壓閥門，可通過優(yōu)先選用自密封結(jié)構(gòu)的方式優(yōu)化本部位密封效果。

2 石油化工裝置中閥門在線檢測

為及時發(fā)現(xiàn)閥門裝置存在的運(yùn)行缺陷與問題，石油化工生產(chǎn)企業(yè)需重視對在線檢測技術(shù)的合理應(yīng)用，如直接觀察法、質(zhì)量/流量平衡法、運(yùn)行壓力法及負(fù)壓波法等。其中，質(zhì)量/流量平衡法以質(zhì)量守恒定律為前提，通過監(jiān)測對比閥門泄漏時進(jìn)入閥門質(zhì)量流量水平與流出閥門質(zhì)量流量水平是否相等的方式，判定閥門是否在運(yùn)行過程中出現(xiàn)外漏問題；負(fù)壓波則是利用閥門泄漏部位因流體物質(zhì)損失所致局部液體密度減小，進(jìn)而產(chǎn)生瞬時性壓力降低及速度差征象，并以泄漏條件下的壓力為參考標(biāo)準(zhǔn)，以泄漏減壓波為負(fù)壓波，通過測定時間差及傳播速度的方式對泄漏位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，具有精度高、成本低、使用方便的優(yōu)勢。

3 結(jié)語

閥門是石油化工裝置系統(tǒng)中非常重要的構(gòu)成元件之一，閥桿部位的磨損、填料函固定失效、介質(zhì)不合理、螺栓緊固不當(dāng)?shù)纫蛩?，均可能對閥門裝置的密封性能產(chǎn)生一定程度的影響。因此，為控制石油化工裝置閥門泄漏問題，關(guān)鍵在于對閥門的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，提高閥門、填料函等關(guān)鍵部件的設(shè)計加工進(jìn)度，選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)型式，也可在適宜的閥門類型中使用全新的密封結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)閥門裝置整體密封性能的提升，降低泄漏事故的發(fā)生率，從而確保閥門在石油化工裝置中安全、可靠、長效運(yùn)行。

[1]潘明浩.閥門在線檢測技術(shù)在石油化工裝置中的應(yīng)用前景[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2014,33(6):32-33.

[2]李永艷.石油化工裝置設(shè)計及施工過程中存在的問題與對策[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2015,22(16):69-70.

Study on Valve Sealing and Leakage in Petrochemical Plant

Chen Xiao-li
(Lianyungang Wally Parson Engineering Company Limited Nanjing Branch,Jiangsu Nanjing 210019)

The sealing performance of the valve used in petrochemical industry was analyzed briefly,the influence factors of valve and packing leakage and the way to solve the problem of leakage were summarized,and the application of on line detection technology of valve sealing performance was studied briefly,hoping to improve the sealing performance of the valve components in petrochemical plants.

Petrochemical plants;Valve;Seal;Leakage

TE687

A

2096-0387（2016）06-0065-03

陳小麗（1984-）,女，南京六合人，儀表工程師，研究方向：儀表設(shè)計。