金屬硬密封球閥故障解決辦法

金屬硬密封球閥故障解決辦法

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，今天主要討論固定軸式球閥的結(jié)構(gòu)及其密封原理。
硬密封球閥具有普通球閥的各項性能指標(biāo)外、還特具備了耐高溫、耐摩擦和雙流項進(jìn)、出口自密封功能，其中二塊式還備有了出口單向密封、由不銹鋼彈簧來調(diào)節(jié)閥座，使閥門的扭矩更加均衡，閥門在 高頻率、高溫差、高壓差的條件下，開關(guān)性能穩(wěn)定。

金屬硬密封球閥故障解決辦法使用環(huán)境：
在火力發(fā)電廠、石油化工系統(tǒng)、煤化工領(lǐng)域，溫度超過200℃，或者高粘性流體、帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強(qiáng)腐蝕的流體等介質(zhì)中，球閥需要選用金屬硬密封球閥，所以選用合適的金屬硬密封球閥閥球和閥座的硬化工藝十分重要。

金屬硬密封球閥故障解決辦法球和閥座的硬化方式
目前不銹鋼硬密封球閥球體表面常用的硬化工藝主要有以下幾種：
（1）球體表面堆焊硬質(zhì)合金，硬度可達(dá)40hrc以上，球體表面堆焊硬質(zhì)合金工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，且大面積堆焊易使零件產(chǎn)生變形，目前對球體表面堆焊的工藝使用較少。
（2）球體表面鍍硬鉻，硬度可達(dá)60～65hrc，厚度0.07～0.10mm，鍍鉻層硬度高、耐磨、耐蝕并能長期保持表面光亮，工藝相對簡單，成本較低。但硬鉻鍍層的硬度在溫度升高時會因其內(nèi)應(yīng)力的釋放而迅速降低，其工作溫度不能高于427℃。另外鍍鉻層結(jié)合力低，鍍層易發(fā)生脫落。
（3）球體表面采用等離子氮化，表面硬度可達(dá)60～65hrc，氮化層厚度0.20～0.40mm，等離子氮化處理硬化工藝由于高溫氮化反應(yīng)后耐腐蝕性較差，不能在化工強(qiáng)腐蝕等領(lǐng)域使用。
（4）球體表面超音速噴涂（hvof）工藝，硬度***可達(dá)70～75hrc，集合強(qiáng)度高，厚度0.25～0.4mm，超音速噴涂也是球體表面硬化主要工藝手段之一。在火力發(fā)電廠、石油化工系統(tǒng)、煤化工領(lǐng)域的高粘性流體；帶粉塵及固體顆粒狀的混合流體、強(qiáng)腐蝕的流體介質(zhì)中大部分使用該硬化工藝。
（5）球體表面等離子噴焊工藝，硬度可達(dá)55～65hrc（ni55、ni60、ni65），集合強(qiáng)度高，厚度0.40～0.5mm，離子噴焊工藝是球體表面硬化最主要工藝手段。噴焊是一種金屬材料表面熱噴涂處理工藝。它是通過熱源將粉末（金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末均可）加熱到熔融或達(dá)到高塑性狀態(tài)后，依靠氣流將其噴射，沉積到預(yù)先處理過的工件表面上，形成一層與工件表面（基材）結(jié)合牢固的涂（焊）層。

一、金屬硬密封球閥故障解決辦法密封原理分析
不銹鋼球閥對氣體介質(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(jìn)行分析。
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。
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)是的標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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、金屬硬密封球閥故障解決辦法抱死故障判斷與排除
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(yán)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(jìn)入下面步驟。
步驟 2：對球閥進(jìn)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。

金屬硬密封球閥故障解決辦法抱死故障的排除
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(hù)，須每年定期打開齒輪箱，檢查箱內(nèi)傳動機(jī)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(bǔ)充新鮮黃油，若軸承等部件損壞須及時更換，以確保傳動機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)加連接件隨時備用。

野蠻操作的危害性
金屬硬密封球閥故障解決辦法對無法正常操作的閥門野蠻操作能夠?qū)е拢?br />（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(yán)重劃痕，導(dǎo)致閥門嚴(yán)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(jì)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(rèn)真分析故障原因后妥善處理、排除故障。
 

三、金屬硬密封球閥故障解決辦法結(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(hù)措施：
1、改進(jìn)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(jìn)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(hù)、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。
2、預(yù)防性維護(hù)：根據(jù)閥門維護(hù)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(jī)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(jī)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(bǔ)充新鮮黃油，若軸承等部件損壞須及時更換，降低傳動機(jī)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。