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发布日期：2021-04-22 09:21:00 来源: 作者：英国卡麦隆 阅读量（）
球阀越来越多地应用于石化设备，如聚乙烯生产实验设备。球阀的应用介质是以有机溶剂、气体和水为基础，加入高附着力、高硬度的增塑固体颗粒，如高分子粉末(含有机溶剂)。由于固体颗粒介质的特殊性和有机溶剂(如己烷)的挥发性，这类介质中使用的球阀在使用一段时间后，容易出现内部泄漏、堵塞、开关不当等故障。此时，执行机构的连续输出力可能会对球阀的主要操作部件造成损坏，迫使阀门离线维修，从而影响生产装置的运行。
目前，无论是进口还是国产硬密封球阀，在固体颗粒介质段使用时，都容易发生内部泄漏和堵塞。为了增加系统的在线正常运行时间，国内一些阀门制造公司对金属硬密封球阀的结构进行了优化，通过对球阀内部结构的改进，在含有固体颗粒的区段运行效果良好。
一、损害原因分析
根据客户的使用情况调查，固体颗粒段使用的金属硬密封球阀故障频率高，容易出现内部泄漏、卡涩等故障。通常金属硬密封在线运行时间最多半年左右，甚至两三个月，已经成为制约整个装置长期运行的瓶颈。
1.1内部泄漏原因分析
球阀的内泄漏与工艺介质的性质、操作条件、密封辅助涂层材料的选择等因素有关。球阀内部泄漏的主要原因：密封面涂层的侵蚀；介质对密封面的剥离和腐蚀。研究表明，金属硬密封球阀与密封亚层之间存在粘接。如果密封子涂层选择不当，密封面之间会有严重的粘附，导致开启和关闭时密封面之间会产生严重的应变。球阀开启的瞬间，由于上下游相对压差大，流隙小，流速快。此时，固体颗粒介质会对球阀的密封二次涂层产生强烈的侵蚀。随着球阀开关频率的增加，冲蚀增加，最终导致球阀内部泄漏严重。
1.2卡涩和开关不到位原因分析
固体颗粒球阀堵塞和开关不当的直接原因是：密封面受力；固体颗粒介质积聚在阀腔中；轴承、轴套等。未硬化或设计结构不合理。部分截面开启压差大，温度高，导致密封面摩擦力大。开关克服摩擦力所需的大部分功转化为热能，使密封面温度升高，进一步增加了粘着磨损和氧化磨损的趋势。随着开关次数的增加，密封面容易被拉，导致开关卡死。采用双轴承设计和轴套硬化处理，不仅增加了阀杆的旋转点，而且通过添加不同硬度的硬化材料，提高了双轴承和轴套硬化的耐磨性和强度，从而保证了阀门的长期高频启闭，而不会造成阀杆、轴承和轴套的应变。
二、处理方法
由于其应用介质的特殊性，粉末用金属硬密封球阀密封面的整体寿命较短，不能满足现场实际使用需求，存在很大的安全隐患。因此，从阀门的整体结构来看，应该对阀门进行优化，如密封面的材料选择、开启盘簧设计、排灰槽设计、阀座结构优化等。可以有效提高应用于固体颗粒的硬密封球阀密封面的使用寿命，进而提高整个球阀的在线运行时间。
2.1密封面的材料选择
国内外多家球阀供应商的实验研究表明，密封面的涂层材料越硬越好，没有适合任何场合的最佳专用材料。根据工艺介质条件和操作要求，合适的硬质合金材料和合理的密封结构可以有效防止密封副粘结。在密封面材料的选择上，通过大量的试验，对几十种密封副材料进行了测试，选出了具有超强工况针对性、抗粘连、抗氧化、导热性和导电性好的硬质合金涂层材料。硬质合金涂层彻底解决了硬质合金在高压、高温和纯气体工作条件下的粘结、氧化、蓄热和静电放电问题。当它应用于固体颗粒介质时，其耐磨性和使用寿命大大提高。密封结构采用定量压缩、双轴承、开式碟簧补偿等结构设计，保证高温、常温、低温下切换扭矩稳定、到位切换。
2.2开式碟形弹簧设计
碟簧在固体颗粒球阀中的应用越来越多。通常，带碟簧的球阀在开启和关闭过程中产生的扭矩即使在无压状态下也是不同的。开启过程中扭矩波动不大，但在关闭过程中扭矩先达到最大，然后突然减小，再逐渐增大。原因是在球体关闭过程中，阀座的侧向倾斜造成盘簧在初始位置和关闭位置之间的预紧力不同，相应的球座密封副之间的摩擦力也不同。开式碟簧可以解决阀门启闭扭矩不同的问题。在球阀开启或关闭过程中，开启碟簧使开启侧碟簧力变小。此时虽然阀座倾斜，一侧碟簧的压缩量会增加，但由于开启的影响，两侧的受力基本相同，保证了球阀在关闭和开启过程中，球座密封子涂层产生的摩擦力矩基本不变，降低了整个球阀的切换力矩，有效减少了阀门卡死故障。
2.3排灰罐的设计
进入碟形弹簧的材料比螺旋弹簧更容易排出，但材料也会进入碟形弹簧并积聚在碟形弹簧和阀体或阀盖之间形成的三角形区域。而且，随着压力的变化，阀座组件会产生少量的位移，盘簧变形产生的间隙会被固体或泥浆介质填充，使盘簧无法复位，失去其固有的弹性补偿功能，从而导致球体与阀座之间的摩擦力增大和增大，最终导致球阀卡死现象，直到执行器无法驱动球阀，最终导致球阀失效。球阀排灰罐很好地解决了这个问题。物料进入碟簧后，碟簧后面的灰或泥浆通过排灰罐排出，碟簧不会被卡住，很好的保证了阀座的灵活性，使得扭矩很好的控制在设计范围内，保证了系统的正常运行。
除了上述优化设计之外，在设计和生产用于固体颗粒介质的球阀时，还应确保以下方面：
(1)阀座的边缘是尖锐的，起到了刮刀的作用，防止固体颗粒进入阀座与球体的缝隙。
（2）阀座环与阀体内的阀座槽的表面粗糙度与尺寸公差合理，保证其间的石墨密封材料在规定的操作及设计温度下不会被挤压，同时防止由于热膨胀引起的阀座粘结。
（3）座槽内的阀座环支撑部件在球阀运转过程中不会发生倾斜。
（4）阀座表面具有足够的硬度，无污迹、裂缝或凹痕。
三、结论
金属硬密封球阀应用于悬浮液、渣浆、聚乙烯粉等固体颗粒介质时，易出现内漏、卡涩、开关不到位等故障。通过优化球阀的内部结构，有效防止了阀腔内介质杂质进入阀体与阀座之间的腔内，设计生产出来的球阀具有寿命长，耐高温、耐磨损、耐冲刷等特点，已广泛应用于高温、高压、腐蚀、结晶、沉淀性介质工况，如石油化工装置生产的的固体颗粒产品下料输送等管线上，效果很好。
