淺談幾種常見閥門的密封問題

賈延超，薛振東，盧秀清，朱海龍

(1.蘇州中本碩機(jī)電工程有限公司，江蘇 蘇州 215011；2.中石油獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699；3.新疆天利高新石化股份有限公司，新疆 獨山子 833699)

各式各樣的閥門用途繁多，選型不合理帶來的最直接的后果就是泄露。進(jìn)而造成的環(huán)境污染、物料損失、人員傷害、火災(zāi)、爆炸甚至是裝置停工等安全生產(chǎn)事故將不可挽回。閥門如何正確設(shè)計、選型、安裝、維保等工作是擺在化工行業(yè)面前一道急需解決的課題。工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，推動閥門的密封結(jié)構(gòu)技術(shù)及其材料要求達(dá)到一個全新的高度。適應(yīng)高低溫以及高壓等苛刻工況下的具有強(qiáng)耐磨性、高密封性以及較強(qiáng)的抗腐蝕性能等的閥門如雨后春筍般涌現(xiàn)。本文介紹以下幾種常見典型閥門的密封狀況。

1 常見閥門的密封情況

1.1 球閥的密封情況

適合不同工況的多種密封形式。

1.1.1 軟密封

在浮動球閥的閥體內(nèi)上下游，采用專用嵌壓機(jī)分別把閥座盡可能完全對稱的嵌入閥座內(nèi)，閥座靠自身的彈性提供初始預(yù)緊力。此結(jié)構(gòu)具有密封可靠，便于操作等優(yōu)點。密封材料一般為聚酰胺纖維(NYLON)、增強(qiáng)聚四氟乙烯(RPTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、對位聚苯酚(PPL)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)等。

1.1.2 金屬硬密封

在閥門上游側(cè)設(shè)置一套由閥座、閥座圈、墊環(huán)組成的閥座組件，采用硬質(zhì)合金堆焊在密封面上，墊環(huán)把閥座圈固定在閥座內(nèi)，閥座與閥體通過O型圈密封，目的是給閥門提供必要的初始密封預(yù)緊力[1]。在閥門下游的閥體上則直接堆焊硬質(zhì)合金，堆焊硬質(zhì)合金的目的是為了不僅防止閥座對閥體的破壞，而且防止粘稠性含固體顆粒的物料對閥門的破壞。而硬質(zhì)合金的材料一般選用的是satellite。下游閥座主要起到密封作用。這樣的閥門在安裝上是有方向的。金屬硬密封的球閥適用于高溫、高壓、粘稠不清潔的漿料、漿料。

1.1.3 金屬復(fù)合密封

金屬復(fù)合密封是金屬密封和軟密封的組合。金屬密封是第一級密封，大部分的介質(zhì)被截斷并且顆粒雜質(zhì)被阻止進(jìn)入第二級密封。第二級密封是軟密封，完全阻斷介質(zhì)。與球閥的金屬密封相比，金屬復(fù)合密封的情況需要在閥門上下游各設(shè)一處閥座組件，此時的閥門是雙向的，沒有安裝方向要求。金屬復(fù)合密封繼承了金屬密封和軟密封的各自優(yōu)點。密封可靠、耐沖蝕耐磨損、操作方便、使用壽命長。

1.2 閘閥的密封情況

1.2.1 閘閥的密封形式

當(dāng)作用于介質(zhì)出口端閘板上的介質(zhì)靜壓力大于閥板與閥座之間的密封力時，這種密封形式是自動密封。當(dāng)介質(zhì)靜壓力小于密封力時，就要采用強(qiáng)制密封了。閥桿轉(zhuǎn)動，介質(zhì)出口端閘板在閥桿軸向力的帶動下與閥座密封面強(qiáng)制密封。單面強(qiáng)制密封是指介質(zhì)出口端閘閥與閥座密封面之間有密封，而介質(zhì)進(jìn)口端閥板與閥座密封面之間沒有密封；介質(zhì)進(jìn)出口端閘板與閥座密封面之間均有密封的被稱為雙面強(qiáng)制密封。

1.2.2 楔形閘閥的密封原理

閥座和閥體上的兩密封面與楔形閘板的密封面緊密接觸，形成密封，能夠提高輔助的密封載荷是楔形閘板的優(yōu)點，較好的滿足對高低壓介質(zhì)壓力的密封要求。

1.2.3 優(yōu)缺點

楔式閘閥一般適用密封條件要求嚴(yán)格或者低溫、高溫、高壓、有汽化現(xiàn)象等比較苛刻的操作工況。閘閥閥板在關(guān)閉前不與閥座接觸，減少了對閥板的磨損破壞。不過，由于楔式閘閥的閘板與閥座密封面具有傾角，閥板容易夾雜大直徑的介質(zhì)物料，造成操作閘閥費(fèi)力，閥板對閥座密封有破壞，閘閥密封效果不佳。因此，楔式閘閥對輸送介質(zhì)的清潔度是有要求的。

1.2.4 平行時閘板閘閥的特點

與楔式閘閥不同，平板閘閥的閥板兩密封面相互平行；旋轉(zhuǎn)手輪，平行閘板在兩閥座面上滑動，擦拭介質(zhì)中的顆粒物，故平板閘閥適合安裝在粘稠狀、帶懸浮顆粒的介質(zhì)中，且流阻小。平板閘閥對介質(zhì)壓力是有要求的：當(dāng)介質(zhì)壓力過大時，經(jīng)常啟閉，閥板與閥座密封面的磨損較大。當(dāng)介質(zhì)壓力過小時，閥板與閥座密封面的密封力不易達(dá)到合適的密封。且高速高壓的流體對閥板的沖擊較大。

1.2.5 閘閥類型的選擇建議

粘稠性、帶懸浮顆粒的介質(zhì)優(yōu)先選擇用平板閘閥：如刀型平板閘閥；而清潔型流體不妨選擇楔式閘閥。

1.3 截止閥的密封情況

1.3.1 截止閥平面密封特點

裝配截止閥時，具有一定晃動量的閥瓣能夠自動找到與閥座密封的最佳位置，故截止閥對閥瓣的導(dǎo)向要求不是很嚴(yán)格。但是，大顆粒的介質(zhì)對閥座、閥瓣密封面具有磨損。

1.3.2 截止閥錐面密封特點

相比平面密封，截止閥的錐形閥瓣與閥座接觸的接觸面積較小，在相同的介質(zhì)密封作用力下，密封比壓較大，故錐形閥瓣的截止閥更容易實現(xiàn)密封。

1.3.3 截止閥球面密封特點

截止閥的球面閥瓣與閥座接觸，閥瓣能根據(jù)介質(zhì)力較好的調(diào)整與閥座的接觸情況。理論上，球面閥瓣與閥座形成線接觸，相比錐形閥瓣，球面閥瓣的密封比壓更大，更容易形成密封。但線接觸密封更容易受到?jīng)_擊，故對閥座閥瓣材質(zhì)的耐沖蝕要求要高。

2 閥門密封失效的常見原因及改進(jìn)措施

(1)介質(zhì)通過截止閥，流動阻力增加，壓力降低。當(dāng)?shù)椭两橘|(zhì)飽和蒸汽壓后，汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。受壓擠的氣泡破碎高速撞擊在閥座、閥瓣的金屬表面，造成金屬表面缺陷，疲勞破壞，密封性能失效。一般采取應(yīng)用氣相沉積技術(shù)致密截止閥錐形閥瓣密封面堅硬和通過增大閥腔、減小閥瓣傾角、嘗試變錐形閥瓣為球面閥瓣等技術(shù)手段來優(yōu)化截止閥內(nèi)結(jié)構(gòu)，減小流阻損失，保護(hù)閥門密封長久有效10。

(2)設(shè)計不合理和制造工藝落后、粗糙是造成閥門密封失效的常見原因，多是小流量的滲漏。選擇制造質(zhì)量品牌的閥門，一般可以避免類似情況的發(fā)生。

(3)含有懸浮狀、固體雜質(zhì)、粘稠性物料易造成閥門密封失效，引起介質(zhì)泄漏。根據(jù)操作溫度、壓力等工況，介質(zhì)的理化特性等選擇合適的閥門即可解決這一問題。

(4)因為誤操作或者劇烈工作的工況導(dǎo)致閥桿卡死，閥門關(guān)閉不嚴(yán)甚至無法關(guān)閉，造成介質(zhì)泄漏，引起裝置及環(huán)境污染。開展定期檢修，設(shè)置旁路可緩解這一矛盾。

(5)所選閥門零部件的材質(zhì)難以滿足腐蝕性或者高溫高壓苛刻操作介質(zhì)的要求，致使閥門零部件強(qiáng)度、剛度破壞。閥門選材導(dǎo)致的泄露所存在的漏洞可從閥門材質(zhì)源頭入手，便水到渠成的解決問題。

(6)由于工廠的開停車，造成壓力時大時小的劇烈震蕩，變化的壓力導(dǎo)致密封面干摩，短時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量無法被帶走，致使密封材料燒焦，閥門密封失效。這要求閥門自密封系統(tǒng)要精良，確保閥門密封正常工作。

3 總結(jié)

閥門是保證管道和設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要管路組成元件，其結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，技術(shù)含金量較高。因閥門質(zhì)量問題造成裝置出現(xiàn)安全事故的例子時有發(fā)生，因為充分認(rèn)識并掌握閥門知識勢在必行。閥門的密封系統(tǒng)是閥門的重要組成部件，閥門密封系統(tǒng)的設(shè)計、選材、裝配、試驗以及后續(xù)的安裝運(yùn)行都是至關(guān)重要的。掌握閥門密封原理，可控閥門密封不泄露是保障裝置安全生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟。

[1] 王志文，惠 虎，關(guān)凱書，等.對中國壓力容器分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展展望[J].壓力容器，2013，30(3):38-44.

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