石油化工装置阀门密封原理及泄漏处理研究.pdf

经验交流Experience Exchange石油化工装置阀门密封原理及泄漏处理研究烟台金泰美林科技股份有限公司口冯一桀摘要石油化工是密切关联国家发展与群众生活的支柱型产业，其安全相关的问题备受关注。石油化工装置中，阀门是不可或缺的一个重要组成，装置的安全性很大程度上取决于阀门密封性能，倘若有泄漏的情况出现，所构成的后果不可估量。本文从石油化工装置阀门密封性能出发，剖析出现泄漏的主要原因，并探索对应的处理策略，以供参考与借鉴。关键词石油化工装置阀门密封原理注泄漏处理石油化工管道系统中，阀门是保护管路、提高装置运行安全有效性的关键性控制元件，常用于流体流量的调节、管路的启闭等。石油化工生产中，涉及诸多具备较强腐蚀性、易燃易爆或有毒性的介质，当阀门出现泄漏时，立足于安全生产角度而言可能会带给工艺操作一定影响并引起相关风险，而立足于环保角度而言则会严重污染生态环境。所以，阀门运行正常与否至关重要。1石油化工装置阀门密封性能（1）阀杆填料函密封阀杆密封方式主要区别于有无填料，无填料方式包含波纹管与膜片密封两部分，制作加工波纹管密封件时面临的难度较高，成本投入相对更高，使用中如果有破损的情况出现依旧会引起严重渗漏。填料密封即通过填料将泄漏通道阻塞，是常用的一种规避容器泄漏的方式，密封效果更安全可靠，填料密封虽然在密封效果与安全性方面略逊于无填料密封，但填料密封凭借自身成本低、操作简捷的优势，使用更加广泛。密封填料包含成型与软质密封两种类型，其中软质密封填料表示填料、填料箱壁和阀门在填料轴向压力的驱动下形成径向比压从而实现密封，压盖轴向力越大，阀杆与填料间摩擦转矩也越大，如此一来就能取得更优异的密封效果。然而在不断使用、摩擦的过程中，会有大量损耗产生，因此必须定期更换软质密封填料或拧紧压盖螺栓，以便保证密封效果良好。成型填料则是使用具备弹性的石墨、橡胶等材料，经车削加工、模压成型等工艺方式制作为不同环形密封圈。与软质密封填料相比，成型填料具备更优异的密封效果和更完备的规格与品种，适用范围更广。(2）阀体连接部位密封阀体连接部位密封具体指阀盖与阀体间的密封多借助法兰连接密封，螺纹连接密封适用于较小公称直径的阀门中。一般情况下，阀体连接部位在密封时所用的方式包含“O”形密封圈和槽式、凹凸式平垫片，“O”形密封圈构造及加工并不复杂，且成本优势明显。在确保密封结构设计合理性的前提下，完成装配后便机械工业标准化与质量2023.5总总第6 0 0 期49Experience Exchange经验交流机械工业标准化与质量巢0 0 9 第会有径向挤压变形产生，密封效果良好。在法兰连接密封中应用“O”形密封圈时，可使法兰尺寸缩小从而对阀门重量加以更好的控制。针对部分低压小通径的阀门而言，在对阀体尺寸和质量进行控制时为突出有效性，优选内螺纹连接，平垫片和“”形密封圈一类连接密封元件都可使用。槽式平垫片密封，即安置平垫片在封槽内，该密封面会增高密封比压，且超过材料屈服上限，所以能够取得良好的密封效果。然而，在使用样槽式平垫片密封时需要对阀门进行拆卸，从密封槽内取出垫片时难免会损坏垫片；凹凸式平垫片密封即将平垫片安装在法兰密封面上，该方式相比槽式平垫片密封结构而言具备更明显的优势，不仅能更便捷地取出垫片，同时因密封槽形状为阶梯式，所以具备更优异的加工工艺性能。在选择平垫片材料时，以加工工艺、流体性质及相关参数作为参考，优选橡胶石棉板、紫铜或铝等。值得一提的是，氟塑料属于一种常见的垫片密封材料，但其本身冷流性过于明显，一旦出现设计缺陷会有相当严重的后果产生。2石油化工装置阀门泄漏，原因从整体上来看，石油化工装置阀门之所以会出现泄漏，原因表现在外部与内部两方面。（1）阀门外部泄漏原因石油化工装置中，阀门外部泄漏表示填料函泄漏或阀体连接部位泄漏或阀杆泄漏。其中，填料函泄漏通常是因密封填料不严密、填料压盖出现松动或阀杆使用中有磨损产生等引起，出现此类情况后密封填料处就会泄漏介质。阀体连接部位泄漏基本上也是密封构件类型或自身尺寸不达标或密封面制作材料质量不足引起的，导致阀体连接处产生过大的加载荷，该部位此时就会泄漏介质。阀杆泄漏通常都是阀杆选材不当或设计引起的，阀杆在后续应用中可能出现被卡死的现象，导致阀门关闭不严实或直接无法正常关闭，此时就会出现泄漏介质的情况。(2）阀门内部泄漏原因石油化工装置阀门内漏的原因通常包含：一是，阀门本身设计构造方面欠缺合理性。石油化工装置中设计的阀门如果与生产实际要求不符合时，在具体生产中很有可能泄漏介质。二是，阀门本身质量与相关标准不符合，加之制造工艺中有一定缺陷，后续使用中难免会有变形现象产生，阀门严密性会随着阀门内部构件间隙的增大而降低，此时间隙处就会渗漏石油化工产品。三是，阀门运输期间如果出现碰撞现象，或是安装及后续使用中出现不当的操作，同样会导致密封性降低，此时也会发生泄漏现象。四是，石油化工产品本身引起阀门泄漏。石油化工产品特别是部分初级产品，含有的固体杂质成分诸多，在处理中如果不合理难免会在阀门、接触面堆积从而引起堵塞，无法严实关闭阀门，此时就会出现泄漏现象。图1为石油化工装置阀门的锥面密封，接触相关元件的部位偏小，密封效果相对较好，能够产生良好的防泄漏作用，但却会带给阀座部位较大的磨损影响，因此在安装使用时需结合实际情况酌情处理阀座，确保寿命与硬度。其中，a图多用于常规密封阀门中，b图则仅限于针性密封面的阀门中，图呈现了锥面密封效果。一(a)锥面(b)针型图1阀门的锥面密封(c)锥体50经验交流Experience Exchange响难免会出现一定的差距。阀门材料选择不合3石油化工装置阀门泄漏，处理理、检查的密封匹配性不足、热处理操作欠缺机械工业标准化与质量(1）优化阀门性能优化阀门性能，可从阀门材料选用及选型、设计与制造等方面入手。针对选型而言，应当立足于设计规范与制作工艺角度，在对石油化工产品压力、腐蚀性与温度等要点予以综合考虑的前提下，选择更适宜的材料，最大限度优化阀门性能，确保与使用要求、操作规范相符合。合理选择阀门形式至关重要，应当结合石油化工产品的具体形态做出针对性选择。石化产品往往由气态产品和常规液体介质等组成，其中气态产品相比液态介质而言在管道流通中的要求更高，针形等适用于液态介质的阀门很难发挥良好的阻断作用，防泄漏效果也因此大打折扣。因此，气态介质流通管道中需要合理进行阀门的选择，其中球形阀门凭借其本身较好的气密性和较快的启闭速度，在气态介质中能够产生良好的阻断效果。(2）填料密封泄漏改进柔性石墨压缩制成的材料常用于阀门填料中，填料接触阀杆时会有摩擦产生，通过优化阀杆光洁度即可使摩擦降低，且能减少填料磨损，从而促进使用寿命的延长。长期使用中的阀门，在温度和压力波动、管线振动等因素的影响下，螺栓预紧力会下降从而引起填料部位泄漏。针对此类情况，可在填料螺纹部位安装能够提高填料螺栓预紧力的碟簧预紧装置。该结构在螺栓松动的情况下，能够凭借碟簧回弹力对螺栓预紧力补偿，确保能够顺利发挥填料螺栓的作用，通过压缩石墨填料完成密封。该结构具备广泛的应用范围，尤其是在高温高压等工况中更为适用。(3）密封面泄漏改进阀门生产期间，由于设备、工装人员的影规范性，没有合理选择密封材料或个别阀门并未实施热处理等，都可能导致阀座出现泄漏。在改进此类问题时，可从下述几方面入手：确保安装的密封面清洁度，切忌有划痕、磕碰等会导致密封失效的缺陷产生。使用及测试中，需以阀门操作试验规程为依据严密操作，关闭阀门时切忌出现野蛮操作，操作力矩需要维持在阀门规定内，以免损坏阀门密封面从而引起泄漏。在选择密封面材料时，以阀门使用工况为根据，优选耐磨性和硬度更高的材料，如STL硬质合金等阀门及其他领域中应用广泛的材料，能消除密封面受介质中杂质的影响，并促进阀门使用寿命的延长。同时，需要定期检测阀门并做好相关的护理与保养工作，检查密封面时若发现有磨损情况产生需第一时间更换，最大限度控制泄漏风险。（4）阀杆防泄漏措施以阀门启闭控制为目标的阀杆，在使用中必然会出现磨损的情况，而阀杆材料选择不当使用中会出现相对更严重的磨损情况，进而扩大介质泄漏的可能性，甚至会对阀门启闭构成影响，引起大范围介质流失。针对此类情况，需以介质的腐蚀性为根据，选择对应各种介质特点的阀杆材料，结合表面镀金、表面热处理等方式处理材料后生产制作阀杆，赋予阀杆更高的耐磨度。（5）阀盖连接防泄漏密封构件类型或尺寸与密封要求不符合，垫片、螺栓使用欠缺规范性，管道配置合理性不足，都是引起阀盖连接出现泄漏的原因。针对此类情况，在阀盖生产制作过程中需要对类型及尺寸要求予以更密切的关注，确保阀盖连接密封性符合标准。在处理密封面时，同样也2023.5总总第6 0 0 期51Experience Exchange经验交流机械工业标准化与质量巢0 0 9 黛要保证表面平整性，不得出现表面缺陷或划痕等，以便控制密封面泄漏介质的情况。同时，针对密封性的提升而言，可通过严格筛选软填料的材质，为连接处密封性提供保障，即可更好地消除泄漏介质的情况发生。(6）非标阀杆密封堵漏装置设计安装阀杆密封装置需要结合现实情况进行制定，非标阀杆密封装置由把紧螺栓、密封套及填料等组成，具体见图2。在实施方案时具体可从下述几方面入手：在绘制密封套尺寸时，需要结合阀杆直接、填料函上方空间，制作为两瓣组成的密封套，阀杆外径与密封套内径应做好热胀冷缩间隙的预留，约0.2 mm。密封套上部需加工螺栓孔，下部参照密封填料规格加工填料槽，槽内径应以阀杆外径与填料宽度和为根据并适当缩小0.5mm1mm，以填料层数为根据确定槽深，填料总高度应当控制在2 mm4mm以内。安装时，在锁紧螺栓的运用下整体连接两瓣密封套，结合连接螺母完成原密封填料压紧盖螺栓与密封套压紧螺栓螺柱的连接，后压紧紧密封套螺栓，结束安装作业。此时，倘若原密封填料压盖螺栓螺柱处有部分螺母外露，可逐一拆除原密封填料压盖螺栓螺母并用连接螺母取代，同时以阀内介质特性为根据展开焊接补强，或将密封套压紧螺栓的螺柱把紧在连接螺母上。完成本次安装后，即可取得更优异的防泄漏效果。阀杆密封套压紧螺栓两瓣密封套把紧螺栓连接螺母密封套密封填料：阀体密封套压盖螺栓填料压盖一密封填料图2 非标阀杆密封堵漏装置示意图条件实际情况为根据合理选择阀门密封形式与4结语材料，改进填料密封泄漏、密封面泄漏、阀盖综上所述，石油化工装置阀门之所以会出现泄漏，主要原因包含材料选择不符合、阀杆使用中出现磨损，或密封填料不严密、填料压盖出现松动或阀杆使用中有磨损产生等引起的填料函泄漏。基于此，生产厂家在生产制造阀门时应当不断优化阀门密封结构设计，以工艺泄漏，在加工阀杆和填料函时保证精度能够达到最大化。选择填料组合与形式时，同样要突出适应性，为阀门运行提供安全性和有效性保障，严格控制阀门内外泄漏的情况，规避泄漏引起的安全事故。(收稿日期：2 0 2 3-0 3-12)52