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

球閥越來(lái)越多地應用于石化設備，如聚乙烯生產(chǎn)實(shí)驗設備。球閥的應用介質(zhì)是以有機溶劑、氣體和水為基礎，加入高附著(zhù)力、高硬度的增塑固體顆粒，如高分子粉末(含有機溶劑)。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性和有機溶劑(如己烷)的揮發(fā)性，這類(lèi)介質(zhì)中使用的球閥在使用一段時(shí)間后，容易出現內部泄漏、堵塞、開(kāi)關(guān)不當等故障。此時(shí)，執行機構的連續輸出力可能會(huì )對球閥的主要操作部件造成損壞，迫使閥門(mén)離線(xiàn)維修，從而影響生產(chǎn)裝置的運行。

目前，無(wú)論是進(jìn)口還是國產(chǎn)硬密封球閥，在固體顆粒介質(zhì)段使用時(shí)，都容易發(fā)生內部泄漏和堵塞。為了增加系統的在線(xiàn)正常運行時(shí)間，國內一些閥門(mén)制造公司對金屬硬密封球閥的結構進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)對球閥內部結構的改進(jìn)，在含有固體顆粒的區段運行效果良好。

一、損害原因分析

根據客戶(hù)的使用情況調查，固體顆粒段使用的金屬硬密封球閥故障頻率高，容易出現內部泄漏、卡澀等故障。通常金屬硬密封在線(xiàn)運行時(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(cháng)期運行的瓶頸。

1.1內部泄漏原因分析

球閥的內泄漏與工藝介質(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)。球閥內部泄漏的主要原因：密封面涂層的侵蝕；介質(zhì)對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，密封面之間會(huì )有嚴重的粘附，導致開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)密封面之間會(huì )產(chǎn)生嚴重的應變。球閥開(kāi)啟的瞬間，由于上下游相對壓差大，流隙小，流速快。此時(shí)，固體顆粒介質(zhì)會(huì )對球閥的密封二次涂層產(chǎn)生強烈的侵蝕。隨著(zhù)球閥開(kāi)關(guān)頻率的增加，沖蝕增加，最終導致球閥內部泄漏嚴重。

1.2卡澀和開(kāi)關(guān)不到位原因分析

固體顆粒球閥堵塞和開(kāi)關(guān)不當的直接原因是：密封面受力；固體顆粒介質(zhì)積聚在閥腔中；軸承、軸套等。未硬化或設計結構不合理。部分截面開(kāi)啟壓差大，溫度高，導致密封面摩擦力大。開(kāi)關(guān)克服摩擦力所需的大部分功轉化為熱能，使密封面溫度升高，進(jìn)一步增加了粘著(zhù)磨損和氧化磨損的趨勢。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)次數的增加，密封面容易被拉，導致開(kāi)關(guān)卡死。采用雙軸承設計和軸套硬化處理，不僅增加了閥桿的旋轉點(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度，從而保證了閥門(mén)的長(cháng)期高頻啟閉，而不會(huì )造成閥桿、軸承和軸套的應變。

二、處理方法

由于其應用介質(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(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際使用需求，存在很大的安全隱患。因此，從閥門(mén)的整體結構來(lái)看，應該對閥門(mén)進(jìn)行優(yōu)化，如密封面的材料選擇、開(kāi)啟盤(pán)簧設計、排灰槽設計、閥座結構優(yōu)化等?？梢杂行岣邞糜诠腆w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(xiàn)運行時(shí)間。

2.1密封面的材料選擇

國內外多家球閥供應商的實(shí)驗研究表明，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(zhuān)用材料。根據工藝介質(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構可以有效防止密封副粘結。在密封面材料的選擇上，通過(guò)大量的試驗，對幾十種密封副材料進(jìn)行了測試，選出了具有超強工況針對性、抗粘連、抗氧化、導熱性和導電性好的硬質(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、氧化、蓄熱和靜電放電問(wèn)題。當它應用于固體顆粒介質(zhì)時(shí)，其耐磨性和使用壽命大大提高。密封結構采用定量壓縮、雙軸承、開(kāi)式碟簧補償等結構設計，保證高溫、常溫、低溫下切換扭矩穩定、到位切換。

2.2開(kāi)式碟形彈簧設計

碟簧在固體顆粒球閥中的應用越來(lái)越多。通常，帶碟簧的球閥在開(kāi)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(kāi)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，閥座的側向傾斜造成盤(pán)簧在初始位置和關(guān)閉位置之間的預緊力不同，相應的球座密封副之間的摩擦力也不同。開(kāi)式碟簧可以解決閥門(mén)啟閉扭矩不同的問(wèn)題。在球閥開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中，開(kāi)啟碟簧使開(kāi)啟側碟簧力變小。此時(shí)雖然閥座傾斜，一側碟簧的壓縮量會(huì )增加，但由于開(kāi)啟的影響，兩側的受力基本相同，保證了球閥在關(guān)閉和開(kāi)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(mén)卡死故障。

2.3排灰罐的設計

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域。而且，隨著(zhù)壓力的變化，閥座組件會(huì )產(chǎn)生少量的位移，盤(pán)簧變形產(chǎn)生的間隙會(huì )被固體或泥漿介質(zhì)填充，使盤(pán)簧無(wú)法復位，失去其固有的彈性補償功能，從而導致球體與閥座之間的摩擦力增大和增大，最終導致球閥卡死現象，直到執行器無(wú)法驅動(dòng)球閥，最終導致球閥失效。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計范圍內，保證了系統的正常運行。

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

(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定的操作及設計溫度下不會(huì )被擠壓，同時(shí)防止由于熱膨脹引起的閥座粘結。

（3）座槽內的閥座環(huán)支撐部件在球閥運轉過(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、結論

金屬硬密封球閥應用于懸浮液、渣漿、聚乙烯粉等固體顆粒介質(zhì)時(shí)，易出現內漏、卡澀、開(kāi)關(guān)不到位等故障。通過(guò)優(yōu)化球閥的內部結構，有效防止了閥腔內介質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入閥體與閥座之間的腔內，設計生產(chǎn)出來(lái)的球閥具有壽命長(cháng)，耐高溫、耐磨損、耐沖刷等特點(diǎn)，已廣泛應用于高溫、高壓、腐蝕、結晶、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(xiàn)上，效果很好。