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前言

球型調(diào)節(jié)閥越來(lái)越多地應(yīng)用于石油化工裝置中，如聚乙烯生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)裝置中，其應(yīng)用介質(zhì)在有機(jī)溶劑、氣、水的基礎(chǔ)上增加了高聚合粉料（含有機(jī)溶劑）等高黏結(jié)性、高硬度的塑化料固體顆粒。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性和有機(jī)溶劑（如己烷）的易揮發(fā)性等原因，應(yīng)用于此類介質(zhì)的球閥使用一段時(shí)間后，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀，開關(guān)不到位等故障。此時(shí)，執(zhí)行器的持續(xù)輸出力可能對(duì)球閥整體主要操作件造成破壞，閥門被迫下線維修，進(jìn)而影響生產(chǎn)裝置的運(yùn)行。

目前，不管是進(jìn)口品牌硬密封球閥，還是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的硬密封球閥，應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)工段時(shí)，均容易出現(xiàn)內(nèi)漏和卡澀現(xiàn)象。為了增加系統(tǒng)在線正常運(yùn)行的時(shí)間，國(guó)內(nèi)一些閥門制作公司對(duì)金屬硬密封球閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)改進(jìn)球閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在含固體顆粒介質(zhì)工段的運(yùn)行效果良好。

一、損壞原因分析

根據(jù)客戶使用情況調(diào)查，應(yīng)用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率較高，容易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀等故障，通常金屬硬密封在線運(yùn)行時(shí)間最多為半年左右，甚至兩三個(gè)月就出現(xiàn)故障，這也成為制約整個(gè)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的瓶頸。

1.1 內(nèi)漏原因分析

球閥內(nèi)漏與工藝介質(zhì)的性質(zhì)、運(yùn)行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關(guān)。球閥內(nèi)漏主要原因：密封面涂層沖刷；介質(zhì)對(duì)密封面的剝落與腐蝕。一研究表明，金屬硬密封球閥、密封副涂層之間存在著粘結(jié)的現(xiàn)象，如果密封副涂層選取不合適，密封面之間就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粘結(jié)，在開關(guān)過(guò)程中密封面之間就嚴(yán)重拉傷。球閥在開啟瞬間，由于上下游相對(duì)壓差較大流通間隙較小，流速較快，此時(shí)固體顆粒介質(zhì)會(huì)對(duì)球閥密封副涂層產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，隨著球閥開關(guān)頻率不斷增加，沖刷增加，最終導(dǎo)致球閥嚴(yán)重內(nèi)漏。

1.2 卡澀及開關(guān)不到位原因分析

固體顆粒用球閥出現(xiàn)卡澀及開關(guān)不到位的直接原因：密封面拉傷；固體顆粒介質(zhì)在閥腔內(nèi)堆積；軸承、軸套等不做硬化處理或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。有些工段開啟壓差很大，溫度較高，導(dǎo)致密封面摩擦力較大，開關(guān)所需的克服摩擦力所做的功大部分轉(zhuǎn)化為熱能，升高了密封面的溫度，更加增大了附著磨損和氧化磨損的趨勢(shì)。隨著開關(guān)次數(shù)的增加，密封面很容易拉傷，造成開關(guān)卡澀。采用雙重軸承設(shè)計(jì)和軸套硬化處理，既增加閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，又通過(guò)增加不同硬度的硬化材料提高了雙重軸承和軸套硬化的耐磨性和強(qiáng)度，保證了閥門長(zhǎng)期高頻率的開關(guān)而不會(huì)導(dǎo)致閥桿與軸承、軸套拉傷。

二、處理辦法

粉料用金屬硬密封球閥，由于其應(yīng)用介質(zhì)的特殊性，密封面的整體壽命均較短，無(wú)法很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求，存在很大的安全隱患。因而應(yīng)從閥門整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)閥門進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如密封面材質(zhì)選擇、開口碟簧設(shè)計(jì)、卸灰槽設(shè)計(jì)、閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，可有效提高應(yīng)用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進(jìn)而可提高整個(gè)球閥在線運(yùn)行時(shí)間。

2.1 密封面材質(zhì)選擇

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外許多球閥供應(yīng)商實(shí)驗(yàn)研究表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，也沒(méi)有最佳的適用于任何場(chǎng)合的特殊材料。根據(jù)工藝介質(zhì)條件及操作要求，采用合適的硬質(zhì)合金材料，并采用合理的密封結(jié)構(gòu)，才能有效預(yù)防密封副粘結(jié)。在密封面材料選擇上，通過(guò)大量的試驗(yàn)，對(duì)幾十種密封副材料進(jìn)行配比試驗(yàn)，從中挑出了具有超強(qiáng)工況針對(duì)性，抗粘接性、抗氧化性、良好導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性的硬質(zhì)合金涂層材料。該硬質(zhì)合金涂層徹底解決了高壓、高溫、純凈氣體工況下，硬質(zhì)合金粘結(jié)、氧化、熱量積累以及靜電放電等難題，其應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)時(shí)，無(wú)論在耐磨性能還是使用壽命上都得到了很大的提升。在密封結(jié)構(gòu)上，采用定量壓縮、雙軸承、開口碟簧補(bǔ)償?shù)冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證高溫、常溫和低溫下開關(guān)扭矩穩(wěn)定及開關(guān)到位。

2.2 開口碟簧設(shè)計(jì)

固體顆粒球閥越來(lái)越多地選用碟簧。通常情況下，應(yīng)用碟簧的球閥即使在無(wú)壓狀態(tài)下，開啟與關(guān)閉過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩亦不相同，開啟過(guò)程中扭矩波動(dòng)不大，但關(guān)閉過(guò)程出現(xiàn)扭矩先最大再突然變小然后再逐漸增大的現(xiàn)象。原因是球體在關(guān)閉的過(guò)程中，閥座的側(cè)斜造成起始位置與關(guān)閉位置的碟簧預(yù)緊力不同，相應(yīng)的球座密封副之間產(chǎn)生的摩擦力不同。開口碟簧可解決閥門開啟與關(guān)閉扭矩不同的問(wèn)題。球閥開啟或關(guān)閉過(guò)程中，開口碟簧使開口側(cè)碟簧力變小，此時(shí)雖然閥座側(cè)斜，一側(cè)的碟簧壓縮量會(huì)增大，但由于開口的影響，使兩側(cè)的力基本相同，保證球閥關(guān)閉與開啟過(guò)程中球座密封副涂層產(chǎn)生的摩擦力矩基本恒定，降低了整臺(tái)球閥的開關(guān)扭矩，有效降低了閥門卡澀故障。

2.3 卸灰槽設(shè)計(jì)

進(jìn)入到碟簧位置的物料相對(duì)螺旋彈簧較易排出，但物料同樣會(huì)進(jìn)入碟簧部位，在碟簧與閥體或閥帽之間形成的三角區(qū)域內(nèi)形成堆積。而且隨著壓力的變化，閥座組件會(huì)產(chǎn)生少量的位移，碟簧變形產(chǎn)生的空隙就會(huì)被固體或漿料介質(zhì)填滿，使碟簧無(wú)法復(fù)位，失去其固有的彈性補(bǔ)償功能而處于卡死狀態(tài)，從而造成球體與閥座之間的摩擦力只增不減，越來(lái)越大，最終導(dǎo)致球閥開始出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，直至執(zhí)行器無(wú)法驅(qū)動(dòng)球閥，最終導(dǎo)致球閥故障。球閥卸灰槽已很好地解決了這一難題。物料進(jìn)入碟簧后，通過(guò)卸灰槽排出碟簧后面的灰或漿料，碟簧不會(huì)被卡死，良好地保證了閥座的靈活性，從而使該處扭矩很好地控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

除了上述所提及的優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)固體顆粒介質(zhì)用球閥，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)此類閥門時(shí)還確保了以下方面：

（1）閥座邊緣銳利，起刮刀作用，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。