超高壓采氣井口平板閘閥密封結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

王喜軍，邱偉，李濤

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機(jī)械制造分公司,遼寧 盤錦 124010）

即使在壓力較強(qiáng)的情況下，超高壓采氣井口平板閘閥也能夠處于良好的封閉狀態(tài)中，并且對其應(yīng)用的過程時(shí)的便捷性較強(qiáng)，當(dāng)前其已經(jīng)能夠在多種強(qiáng)壓工程中得到廣泛應(yīng)用。但是若井內(nèi)壓力值在10MPa以下時(shí)，平板閘閥反而不能體現(xiàn)出良好的封閉性，所以應(yīng)將API6A作為對平板閘閥進(jìn)行應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，在經(jīng)過試驗(yàn)之后，方可將其應(yīng)用于實(shí)際。并且，具有良好品質(zhì)的平板閘閥，必須可以充分適應(yīng)壓力較高的環(huán)境，但同時(shí)也可以對低壓環(huán)境進(jìn)行有效適應(yīng)，只有如此，才能夠保障其始終具有良好的封閉性能。一般來說，將平板閘閥應(yīng)用于高壓井內(nèi)，需要將金屬密封形式應(yīng)用于內(nèi)部零件的密封工作之中，因?yàn)樵诔邏旱臓顟B(tài)之中，強(qiáng)壓可以促使平板及閥座之間得到緊密連接，而在低壓環(huán)境中，則需要通過嚴(yán)密設(shè)計(jì)對密封比壓進(jìn)行控制，從而強(qiáng)化平板閥門中各個(gè)零部件間的預(yù)緊力，也就可以加強(qiáng)閘板和閥座間的壓力，并促使二者之間緊密相聯(lián)。另外，平板閘閥的種類不同，其零部件選材、位置公差、工藝尺寸鏈等均各不相同，所以其密封性能各不相同，而只有保障密封性能與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范相符，才能夠提升其在應(yīng)用過程中的有效性，由此可見，針對超高壓采氣井口平板閘閥密封結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行分析具有重要意義。

1 平板閘閥密封結(jié)構(gòu)

1.1 平板閘閥底座與閘板間的密封

單閘板閥以及雙閘板閥為平板閘閥之中，應(yīng)用頻率最高、應(yīng)用范圍最大的兩種形式，可以根據(jù)實(shí)際情況對不同的閘板進(jìn)行合理選擇，并且，為了保障閘板能夠與閥座進(jìn)行密切的連接，在通常情況下，需要采用金屬壓力自緊式的浮動(dòng)密封形式。并且，根據(jù)結(jié)構(gòu)上的差異，還可以將密封形式劃分成為“進(jìn)口密封”以及“出口密封”兩個(gè)類型。

（1）單閘板閥。單閘板的外形平滑整齊，存在空隙，閘板密封表面已經(jīng)經(jīng)過打磨拋光和硬化處理，所以具有十分適宜的硬度，也就特別適合在高壓環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用，且其中的工作原理較為簡單，只要將閥門打開，將其上的孔隙與閥座孔隙進(jìn)行準(zhǔn)確對接，之后再將各自的管道進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)成相連的通道即可。在此過程中，其中的介質(zhì)不會(huì)因?yàn)殚y門受到的阻力過強(qiáng)而出現(xiàn)損耗情況。并且，不管是將其應(yīng)用于出口處進(jìn)行密封，還是應(yīng)用于進(jìn)口處，均需要保障閥座能夠與處于浮動(dòng)狀態(tài)的閘板進(jìn)行密切的連接，以避免介質(zhì)中的物質(zhì)導(dǎo)致閘板發(fā)生損壞。而如果需要在低壓環(huán)境中應(yīng)用閘板，則需要借助厘米彈簧或是密封圈的預(yù)壓力，使閘板與密封面進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生油膜，也就可以實(shí)現(xiàn)有效的密封。

（2）雙閘板。雙閘板之中包括兩個(gè)板面，分別是“主板”和“副板”，屬于具有擴(kuò)張性特點(diǎn)的一種組織結(jié)構(gòu)，在對其進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要根據(jù)實(shí)際行程擋塊對副板位置進(jìn)行確定，主板則需要借助內(nèi)斜面將閘板撐開。如果將雙閘板應(yīng)用于低壓環(huán)境之中，在條件允許的情況下，應(yīng)采用人工操作的形式保障其密封完整，而將雙閘板應(yīng)用于高壓環(huán)境之中，則需要借助其中可以進(jìn)行流動(dòng)的介質(zhì)起到密封作用。從實(shí)際上來看，雙閘板能夠體現(xiàn)出的優(yōu)勢較多，特別是其有利于緩解密封面受到磨損的程度，使摩擦主要在內(nèi)斜面上發(fā)生，也就可以對密封面起到保護(hù)作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其密封效果的提升，并能夠延長密封面的使用年限。但是從總體上來看，雖然雙閘板能夠體現(xiàn)出較高的應(yīng)用優(yōu)勢，但是同時(shí)也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作和安裝難度大、資金投入較高的特點(diǎn)，所以當(dāng)前多數(shù)企業(yè)主要應(yīng)用單閘板閥，只有在環(huán)境較為復(fù)雜、不能應(yīng)用單閘板閥的情況下，才會(huì)選擇對雙閘板閥進(jìn)行制作及應(yīng)用。

1.2 閥桿填料處密封

針對閥桿填料處，應(yīng)進(jìn)行完善的密封，一般情況下使用密封圈即可。進(jìn)行密封的方法有三種，分別為“機(jī)械式”“半機(jī)械式”“自封式唇形復(fù)合式”。在環(huán)境氣壓為70MPa以上時(shí)，對閥桿填料處進(jìn)行密封，應(yīng)主要選用自封式唇形復(fù)合密封的方式。該密封方式也就是將形狀與嘴唇相似的密封圈放置于密封槽內(nèi)，并保障其穩(wěn)定鑲嵌，使其能夠呈現(xiàn)出O形圈體，由此，密封圈裙部位置的彈性能夠得到提升，密封性能也就更好。而對于超高壓環(huán)境來說，通常需要針對填料函應(yīng)用雙層密封的模式，但是此時(shí)若僅應(yīng)用旋緊閥帽的形式，將難以有效密封整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)其中的零部件也不具有相應(yīng)的承受能力。所以，為了避免組織發(fā)生泄漏，則需針對入口處適量涂抹密封油脂或是密封膏，并在閥桿位置應(yīng)用倒密封結(jié)構(gòu)，以起到多重的密封保障作用。由此，一旦密封環(huán)境遭到破壞，即使密封膏同時(shí)被破壞，倒密封結(jié)構(gòu)也能夠避免介質(zhì)發(fā)生泄漏，并且，應(yīng)用倒密封結(jié)構(gòu)的過程中，其中的零部件可根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)進(jìn)行更換，更換過程也較為便捷，有利于提升密封安全性。另外，因?yàn)樘盍咸幗Y(jié)構(gòu)屬于可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以必須通過較強(qiáng)的徑向力，才可具有適宜的比壓，并與密封要求相符合。所以在進(jìn)行密封的過程中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)破損和摩擦，也就可以避免產(chǎn)品使用壽命縮短，同時(shí)更有利于保障相關(guān)工作人員的安全。

1.3 密封閥座及閥體間隙

一般來說，應(yīng)主要選擇應(yīng)用D形圈或是O形圈開展密封閥座及閥體間隙的密封工作，以保障需要進(jìn)行密封的各個(gè)部位進(jìn)行得到完整的密封。

1.4 閥體及閥蓋連接位置的密封

將平板閥應(yīng)用于高氣壓的環(huán)境之中，閥體與閥蓋之間進(jìn)行連接的位置，必須進(jìn)行完整的密封，所以需要首先對比壓數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，且需要保障計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)程度，同時(shí)應(yīng)該能夠保障材料品質(zhì)以及加工水平均能夠與相關(guān)要求相符。以此為基礎(chǔ)，應(yīng)選用J形圈對密封位置進(jìn)行密封，保障各部分壓力與相關(guān)限制標(biāo)準(zhǔn)相符合。并且，因?yàn)镴形圈的上半部分緊實(shí)程度較高，所以需要承受的壓力較小，所以可以針對該部分進(jìn)行適當(dāng)縮減，以促使其中的密封性得到提升。

2 提升密封性的方案

2.1 控制密封副工藝尺寸鏈和位置公差

想要實(shí)現(xiàn)平板閘閥密封性的進(jìn)一步提升，必須注重對尺寸及位置公差進(jìn)行合理控制，保障二者均與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合。因?yàn)殚y體之中零件數(shù)量較多，且零件間必須適當(dāng)保留裝配間隙，才能夠保障平板閘閥順利地進(jìn)行裝配。同時(shí)，在密封副之間，需要對間隙進(jìn)行合理控制，以避免因阻力過大，導(dǎo)致閘板不能對開合進(jìn)行有效控制，由此，密封結(jié)構(gòu)將會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致設(shè)備整體不能正常運(yùn)行。

2.2 提升密封副間加工精準(zhǔn)度

（1）閥體與閥座之間的結(jié)合面必須處于光滑狀態(tài)，堅(jiān)決不可粗糙甚至凹凸不平，且對于超高壓平板閥來說，其中的閘板及閥座應(yīng)由耐蝕合金作為原材料，且應(yīng)具有良好的精密性，其中不可存在針眼或氣孔等情況。對有效層厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，保持其處于約0.5mm的狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)基體與表層的“合二為一”，以避免裂縫產(chǎn)生。（2）在開展噴焊操作的過程中，應(yīng)針對各類型金屬在實(shí)際上的膨脹系數(shù)，對最為適宜的處理模式進(jìn)行選擇，保障密封界面具有合適的面積及堅(jiān)硬程度，同時(shí)能夠?yàn)楸韺诱w的耐磨性和抗腐蝕性提供保障，以避免縫隙出現(xiàn)。（3）需要對密封面整體進(jìn)行打磨，也就需要對研磨操作的技巧、工具和方案進(jìn)行合理選擇，注意避免密封面上出現(xiàn)劃痕。（4）結(jié)束研磨工作之后，應(yīng)針對密封面進(jìn)行拋光，盡可能提升其光滑程度，且拋光結(jié)束后，應(yīng)將雜質(zhì)徹底去除，以避免將閘閥投入應(yīng)用之后出現(xiàn)泄露情況。

2.3 科學(xué)計(jì)算預(yù)緊力

如果需要將平板閘閥應(yīng)用于70MPa以下的環(huán)境中，需要對閘板整體厚度以及夾板的密封面尺寸進(jìn)行合理計(jì)算，同時(shí)明確全部需要進(jìn)行應(yīng)用的密封圈能夠發(fā)生的變形情況。對以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分掌握之后，閘板不僅能夠于低壓狀態(tài)下起到良好的密封作用，同時(shí)裝卸難度較低，資金投入較少。而如果閘板需要在70MPa以上的環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用，則需要借助波形彈簧，使其預(yù)緊力得到提升。在對該密封形式進(jìn)行應(yīng)用的過程中，彈簧自身的品質(zhì)和性能能夠?qū)γ芊庑Чa(chǎn)生重要影響，所以必須保障彈簧具有適中的彈力，避免彈力過大導(dǎo)致運(yùn)行阻力上升和零件安裝受阻，也就可以避免設(shè)備開合的順暢程度受到影響。另外，需要注意的是，還需要在此過程中對位置移動(dòng)情況進(jìn)行充分考慮，保障彈簧能夠?qū)ο鄳?yīng)的工作要求有效滿足。

3 閘閥制作技術(shù)及使用情況

3.1 選擇原材料及制作

閘板以及閥座均需使用ICrI3材料作為原材料，工藝流程整體包含3個(gè)步驟，分別為一次淬火和兩次同火，需要注意，在開展鍛造工作之前，應(yīng)首先針對各項(xiàng)材料進(jìn)行預(yù)熱處理，如果預(yù)熱過程中有異常情況出現(xiàn)，例如原材料出現(xiàn)冷退火現(xiàn)象，即為應(yīng)用工藝的過程中出現(xiàn)問題，此時(shí)需要保持耐心，對預(yù)熱工作進(jìn)行細(xì)化，保障材料與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)完全符合，方可進(jìn)入下一個(gè)步驟。

3.2 耐蝕合金噴焊

將耐蝕合金噴焊于閘板以及閥座之上，保障其品質(zhì)與相關(guān)規(guī)定相符合。

3.3 不同平板閥應(yīng)使用不同密封結(jié)構(gòu)

對于不同平板閥，若其中一個(gè)選擇應(yīng)用O型圈，則另一個(gè)應(yīng)選擇使用波形彈簧結(jié)構(gòu)，同時(shí)必須保障尺寸鏈整體的精準(zhǔn)，之后將平板閥放置于氣壓環(huán)境和水壓環(huán)境中分別進(jìn)行測試。

將平板閥應(yīng)用于水壓環(huán)境中，壓力為105MPa的狀態(tài)下時(shí)，測試結(jié)果顯示，其保壓期能夠達(dá)到15min，曲線圖中，首段較為陡峭，此為上升期，之后處于平穩(wěn)狀態(tài)，此為保壓期，最后的曲線呈下降狀態(tài)，此為卸壓期。通過對保壓曲線進(jìn)行分析可以了解到，平板閥的密封性量與相關(guān)要求完全符合。將平板閥應(yīng)用于70MPa的水壓環(huán)境之中，測試結(jié)果顯示，其保壓期能夠達(dá)到10min，可見此時(shí)平板閥仍然能夠呈現(xiàn)出較好的密封性能，完全可以滿足相關(guān)要求。

將平板閥應(yīng)用于氣壓環(huán)境中，壓力為105MPa以及2.2MPa的狀態(tài)下時(shí)，測試結(jié)果顯示，其保壓期能夠達(dá)到15min，曲線圖中，0～10.5min時(shí)間段內(nèi)較為陡峭，此為上升期，10.5～25.5min時(shí)間段內(nèi)處于平穩(wěn)狀態(tài)，此為保壓期，25.5min之后曲線呈下降狀態(tài)，出現(xiàn)泄壓情況，30～45min時(shí)間段內(nèi)此為低壓保壓期。通過對保壓曲線進(jìn)行分析可以了解到，平板閥的密封性量良好。將平板閥應(yīng)用于35MPa以及2.2MPa的氣壓環(huán)境之中，測試結(jié)果顯示，其保壓期能夠達(dá)到15min。

所以，不管是將平板閥應(yīng)用于高壓環(huán)境之中，還是低壓環(huán)境之中，其均可起到良好的密封作用。

4 結(jié)語

根據(jù)上文，諸多因素均能夠?qū)Τ邏翰蓺饩谄桨彘l閥的密封性產(chǎn)生重要影響，特別是密封面尺寸、閘板和閥座厚度等因素的影響力較強(qiáng)，所以，為了提升平板閘閥在超高壓狀態(tài)下的應(yīng)用效果，需要重視完善平板閘閥的設(shè)計(jì)工作、規(guī)劃工作，對合適的材料及制作方法進(jìn)行選擇，同時(shí)保障其密封副位置與尺寸均符合相關(guān)要求，同時(shí)合理選擇密封結(jié)構(gòu)，以能夠?yàn)槊芊夤ぷ魈峁┍Ｕ?，使超高壓采氣井口平板閘閥密封結(jié)構(gòu)技術(shù)得到科學(xué)合理的應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其中密封性的切實(shí)提升。