發布日期：2021-04-22 09:21:00 來源: 作者：英國卡麥隆 閱讀量（ ）

球閥越來越多地應用于石化設備，如聚乙烯生產實驗設備。球閥的應用介質是以有機溶劑、氣體和水為基礎，加入高附著力、高硬度的增塑固體顆粒，如高分子粉末(含有機溶劑)。由于固體顆粒介質的特殊性和有機溶劑(如己烷)的揮發性，這類介質中使用的球閥在使用一段時間后，容易出現內部泄漏、堵塞、開關不當等故障。此時，執行機構的連續輸出力可能會對球閥的主要操作部件造成損壞，迫使閥門離線維修，從而影響生產裝置的運行。

目前，無論是進口還是國產硬密封球閥，在固體顆粒介質段使用時，都容易發生內部泄漏和堵塞。為了增加系統的在線正常運行時間，國內一些閥門制造公司對金屬硬密封球閥的結構進行了優化，通過對球閥內部結構的改進，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運行時間最多半年左右，甚至兩三個月，已經成為制約整個裝置長期運行的瓶頸。

1.1內部泄漏原因分析

球閥的內泄漏與工藝介質的性質、操作條件、密封輔助涂層材料的選擇等因素有關。球閥內部泄漏的主要原因：密封面涂層的侵蝕；介質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，密封面之間會有嚴重的粘附，導致開啟和關閉時密封面之間會產生嚴重的應變。球閥開啟的瞬間，由于上下游相對壓差大，流隙小，流速快。此時，固體顆粒介質會對球閥的密封二次涂層產生強烈的侵蝕。隨著球閥開關頻率的增加，沖蝕增加，最終導致球閥內部泄漏嚴重。

1.2卡澀和開關不到位原因分析

固體顆粒球閥堵塞和開關不當的直接原因是：密封面受力；固體顆粒介質積聚在閥腔中；軸承、軸套等。未硬化或設計結構不合理。部分截面開啟壓差大，溫度高，導致密封面摩擦力大。開關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，進一步增加了粘著磨損和氧化磨損的趨勢。隨著開關次數的增加，密封面容易被拉，導致開關卡死。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，而且通過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，從而保證了閥門的長期高頻啟閉，而不會造成閥桿、軸承和軸套的應變。

二、處理方法

由于其應用介質的特殊性，粉末用金屬硬密封球閥密封面的整體壽命較短，不能滿足現場實際使用需求，存在很大的安全隱患。因此，從閥門的整體結構來看，應該對閥門進行優化，如密封面的材料選擇、開啟盤簧設計、排灰槽設計、閥座結構優化等。可以有效提高應用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進而提高整個球閥的在線運行時間。

2.1密封面的材料選擇

國內外多家球閥供應商的實驗研究表明，密封面的涂層材料越硬越好，沒有適合任何場合的最佳專用材料。根據工藝介質條件和操作要求，合適的硬質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，通過大量的試驗，對幾十種密封副材料進行了測試，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合金涂層材料。硬質合金涂層徹底解決了硬質合金在高壓、高溫和純氣體工作條件下的粘結、氧化、蓄熱和靜電放電問題。當它應用于固體顆粒介質時，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開式碟形彈簧設計

碟簧在固體顆粒球閥中的應用越來越多。通常，帶碟簧的球閥在開啟和關閉過程中產生的扭矩即使在無壓狀態下也是不同的。開啟過程中扭矩波動不大，但在關閉過程中扭矩先達到最大，然后突然減小，再逐漸增大。原因是在球體關閉過程中，閥座的側向傾斜造成盤簧在初始位置和關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。開式碟簧可以解決閥門啟閉扭矩不同的問題。在球閥開啟或關閉過程中，開啟碟簧使開啟側碟簧力變小。此時雖然閥座傾斜，一側碟簧的壓縮量會增加，但由于開啟的影響，兩側的受力基本相同，保證了球閥在關閉和開啟過程中，球座密封子涂層產生的摩擦力矩基本不變，降低了整個球閥的切換力矩，有效減少了閥門卡死故障。

2.3排灰罐的設計

進入碟形彈簧的材料比螺旋彈簧更容易排出，但材料也會進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，隨著壓力的變化，閥座組件會產生少量的位移，盤簧變形產生的間隙會被固體或泥漿介質填充，使盤簧無法復位，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，直到執行器無法驅動球閥，最終導致球閥失效。球閥排灰罐很好地解決了這個問題。物料進入碟簧后，碟簧后面的灰或泥漿通過排灰罐排出，碟簧不會被卡住，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。

除了上述優化設計之外，在設計和生產用于固體顆粒介質的球閥時，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，防止固體顆粒進入閥座與球體的縫隙。

（2）閥座環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被擠壓，同時防止由于熱膨脹引起的閥座粘結。

（3）座槽內的閥座環支撐部件在球閥運轉過程中不會發生傾斜。

（4）閥座表面具有足夠的硬度，無污跡、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時，易出現內漏、卡澀、開關不到位等故障。通過優化球閥的內部結構，有效防止了閥腔內介質雜質進入閥體與閥座之間的腔內，設計生產出來的球閥具有壽命長，耐高溫、耐磨損、耐沖刷等特點，已廣泛應用于高溫、高壓、腐蝕、結晶、沉淀性介質工況，如石油化工裝置生產的的固體顆粒產品下料輸送等管線上，效果很好。