趙家順 賴康
一、球閥密封原理分析
球閥一般由靜止件（閥體）與關(guān)閉件（球體）兩部分組成，通過關(guān)閉件（球體）繞閥體中心線作 90º旋轉(zhuǎn)來開啟、關(guān)閉閥門。球閥可分為固定軸式和浮動軸式球閥兩種，我們這里主要討論固定軸式球閥的結(jié)構(gòu)及其密封原理。
球閥對氣體介質(zhì)的密封是靠球體與閥座密封圈緊密結(jié)合形成的軟密封實現(xiàn)的。閥座密封原理隨閥座結(jié)構(gòu)不同而各有差異，主要可分為雙活塞效應(yīng)（DPE）和下游自泄放(SR) 兩種。
下游自泄放設(shè)計球閥現(xiàn)主要用于液體管道，因此本文主要針對在氣體管道中應(yīng)用較廣的雙活塞效應(yīng)（DPE）設(shè)計球閥進行分析。
01 雙活塞效應(yīng) Double Piston Effect (DPE)閥座結(jié)構(gòu)與密封原理分析
在以下雙活塞效應(yīng)(DPE)密封結(jié)構(gòu)示意圖中，各作用力均描述如下：
FF—閥座彈簧彈力 F△A—干線/閥腔壓力對閥座作用合
FR—閥座所受合力 A—合力作用面積
由附圖2.1與附圖2.2可見，以雙活塞效應(yīng)結(jié)構(gòu)(DPE)閥座為受力分析對象，干線壓力與閥腔壓力對閥座的作用力 FR= FF+ F△A，所受合力 FR 方向始終指向閥座，即干線與閥腔壓力均使閥座密封圈向球體壓緊，始終實現(xiàn)球閥閥座良好密封。
附圖 2.1 Double Piston Effect (DPE)結(jié)構(gòu)及密封原理示意圖(干線壓力對閥座作用力)
附圖 2.2 Double Piston Effect (DPE)結(jié)構(gòu)及密封原理示意圖(閥腔壓力對閥座作用力)
球閥兩個閥座均采用雙活塞效應(yīng)閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計，即為雙活塞效應(yīng)(DPE) 結(jié)構(gòu)設(shè)計，它能夠確保球閥兩個閥座同時實現(xiàn)良好密封。對 Grove B-5這類球體帶有平衡孔的球閥而言，雙活塞效應(yīng)密封結(jié)構(gòu)是必備的標準設(shè)計模式。鑒于雙活塞效應(yīng)結(jié)構(gòu)的良好密封表現(xiàn)，近些年，許多閥門生產(chǎn)制造商都開始廣泛使用類似于雙密封的球閥設(shè)計結(jié)構(gòu)。
在實際生產(chǎn)中，由于對 DPE 球閥維護不當(dāng)或某些的 DPE 球閥設(shè)計規(guī)格或選取的密封圈材料不當(dāng)，而這些 DPE 優(yōu)良的密封設(shè)計支持下成為了導(dǎo)致球閥抱死主要原因之一。
二、球閥抱死故障判斷與排除
球閥抱死故障判斷及排除流程圖
01 球閥抱死故障主要原因及判斷方法：
步驟 1：須首先打開傳動齒輪箱判斷是否由傳動齒輪箱內(nèi)發(fā)生嚴重銹蝕、軸承損壞或存在異物卡阻，導(dǎo)致閥門無法正常操作。若判定非此原因則進入下面步驟。
步驟 2：對球閥進行排污操作，若閥腔內(nèi)有氣壓，則可初步判斷抱死原因為密封座卡阻。密封閥座正常應(yīng)有 0.003 英寸的橫向移動空間,若注入的密封脂硬化、污物雜質(zhì)卡入閥座縫隙、或密封座彈簧工作不正常均可造成密封座卡阻、球閥抱死。
步驟 3：對球閥排污，若腔內(nèi)無氣壓，則判斷為由閥腔與干線壓差過大導(dǎo)致球閥抱死。閥腔與干線壓差過大時，密封座壓緊球面，操作扭矩過大，球閥抱死無法正常操作。
02 球閥抱死故障的排除：
根據(jù)球閥密封原理、故障原因分析及球閥抱死故障實地成功排除經(jīng)驗，總結(jié)抱死故障排除方法如下：
（1）傳動齒輪箱故障：作為預(yù)防性維護，須每年定期打開齒輪箱，檢查箱內(nèi)傳動機構(gòu)潤滑、防銹及部件完好情況，清理箱內(nèi)污水、異物，并更換補充新鮮黃油，若軸承等部件損壞須及時更換，以確保傳動機構(gòu)工作狀態(tài)良好，閥門操作順暢。
（2）密封座卡阻故障：首先注入清洗液浸泡（浸泡時間可根據(jù)閥門注脂情況而定）、再經(jīng)排污排出污物雜質(zhì)，消除密封座卡阻；若經(jīng)反復(fù)清洗、排污，閥門仍無法正常操作，可判斷為密封座彈簧等部分異常，須拆卸解體閥門進行檢修。
（3）閥腔與干線壓差過大：一般首先注入清洗液浸泡后排污，清洗掉密封面原有密封脂，若閥門本身存在一定量內(nèi)漏，則可實現(xiàn)閥腔與干線壓力平衡；若故障仍存在，則考慮按照圖 3.1 所示制作排污咀注氣裝置連接到球閥排污咀平衡閥腔與干線壓差，消除抱死故障。這套平壓裝置結(jié)構(gòu)簡單易于制作，且效果明顯，利用該套裝置已成功解決我公司如大港站某廠 12〞球閥等其他多起閥門抱死故障。如圖 3.1 機加連接件一端為快裝接頭，一端為配合排污咀接口規(guī)格的螺扣，建議工程師根據(jù)常見閥門排污咀接口規(guī)格制作一組機加連接件隨時備用。
圖 3.1 排污咀注氣裝置示意圖
03 野蠻操作的危害性：
對無法正常操作的閥門野蠻操作能夠?qū)е拢?/p>
（1）閥門傳動齒輪箱受力過大，造成箱體破裂或箱內(nèi)齒輪等部件形變、損壞；
（2）對密封球面造成嚴重劃痕，導(dǎo)致閥門嚴重內(nèi)漏，甚至報廢；
（3）加力桿斷裂或多人同時操作導(dǎo)致操作人員人身傷害。
為避免造成設(shè)備損傷、人員傷害和經(jīng)濟損失，球閥無法正常操作時切忌采取使用加力桿或多人操作等野蠻方式操作！須認真分析故障原因后妥善處理、排除故障。
三、結(jié)束語
為預(yù)防閥門抱死故障發(fā)生，提高天然氣管道在用球閥的可靠性、延長閥門使用壽命，特提出如下建議和預(yù)防性維護措施：
1、改進排污咀安裝方式：普通球閥的排污咀是直接安裝到閥體接口上的，由于閥門可能存在內(nèi)漏，當(dāng)排污咀出現(xiàn)故障或需要向閥腔注氣平壓時，必須拆卸排污咀進行維修，漏入閥腔的高壓介質(zhì)將可能對維修作業(yè)人員帶來危險。因此建議干線球閥排污咀安裝推廣兩閥組設(shè)計方式，在排污咀前加裝兩個控制閥與閥體相連，控制閥后安裝排污咀，以提高相關(guān)維護、檢修作業(yè)的便利性與安全性。另外兩閥組排污咀安裝方式還可實現(xiàn)大口徑排放，以減少漸開排污咀時產(chǎn)生截流冰堵的風(fēng)險。如下圖 4.1 所示。
圖 4.1 干線球閥兩閥組排污咀安裝示意圖
2、預(yù)防性維護：根據(jù)閥門維護及運行狀況，適時適量注入新鮮潤滑脂，防止?jié)櫥蛎芊庵不斐煽ㄗ�；定期全開/關(guān)閥門幾次，由于生產(chǎn)等原因不能全開/關(guān)的閥門，至少要定期的活動 10°至15°，重復(fù)活動幾次能與全開/關(guān)閥門起到近乎同等的效果，能有效防止傳動機構(gòu)銹蝕和閥門抱死故障的發(fā)生。
3、定期打開傳動齒輪箱檢查箱內(nèi)傳動機構(gòu)潤滑、防銹及部件完好情況，清理箱內(nèi)污水、異物，更換補充新鮮黃油，若軸承等部件損壞須及時更換，降低傳動機構(gòu)故障率。
3、作好排污記錄，以便分析輸氣管內(nèi)天然氣氣質(zhì)和確定排污周期。
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