硬密封球閥在煤化工行業(yè)應(yīng)用中損壞原因分析及解決方案

1、行業(yè)應(yīng)用概述：

 金屬硬密封球閥越來越多應(yīng)用于殼牌、德士古等粉煤氣化裝置中，其應(yīng)用介質(zhì)在油、氣、水的基礎(chǔ)上增加了煤粉、煤渣、渣漿等高黏結(jié)性、高硬度的固體顆粒。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性，應(yīng)用于此類介質(zhì)的球閥使用一段時間后，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡頓、開關(guān)不到位等現(xiàn)象。此時，執(zhí)行器的持續(xù)輸出力可能對球閥整體主要操作件造成破壞、從而影響生產(chǎn)運行。

2、故障分析

 根據(jù)現(xiàn)場使用情況調(diào)查，應(yīng)用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率高，容易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡等故障，通常金屬硬密封在線運行時間多為半年左右，甚至二三個月就出現(xiàn)故障，這也成為制約整個裝置長期運行的瓶頸。

（1）內(nèi)漏原因分析

 球閥內(nèi)漏與工藝介質(zhì)的性質(zhì)、運行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關(guān)。球閥的內(nèi)漏主要原因：密封面涂層沖刷；介質(zhì)對密封面剝落與腐蝕。

 分析表現(xiàn)，金屬硬密封球閥、密封副涂層之間存在著粘結(jié)的現(xiàn)象，如果密封副涂層選取不合適，密封面之間就會產(chǎn)生嚴(yán)重的粘結(jié)，在開關(guān)過程中密封面之間就嚴(yán)重拉傷。

 球閥在開啟瞬間，由于上下游相對壓差較大，流通間隙較小，流速較快，此時固體顆粒介質(zhì)會對球閥密封副涂層產(chǎn)生強烈的沖刷，隨著球閥開關(guān)頻率不斷增加，最終導(dǎo)致球閥內(nèi)漏。

（2）卡頓及開關(guān)不到位原因分析

 固體顆粒用球閥出現(xiàn)卡及開關(guān)不到位的直接原因：密封面拉傷；固體顆粒介質(zhì)在閥腔內(nèi)堆積；軸承、軸套等不做硬化處理或設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理。

 有些工段開啟壓差很大，溫度較高，導(dǎo)致密封面摩擦較大，開關(guān)所需的克服摩擦力所做的功大部分轉(zhuǎn)化為熱能，升高了密封面的溫度，更加增大了附著磨損和氧化磨損的趨勢。隨著開關(guān)次數(shù)的增加，密封面很容易拉傷，造成開關(guān)卡。

3、優(yōu)化方案

 固體顆粒用金屬密封球閥，由于其應(yīng)用介質(zhì)的特殊性，密封面的整體壽命均較短，無法很好滿足現(xiàn)場實際使用需求，存在很大的安全隱患。因而應(yīng)從閥門整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，對閥門進行優(yōu)化設(shè)計，如密封面材質(zhì)選擇、開口碟簧設(shè)計、卸灰槽設(shè)計、閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，可有效提高應(yīng)用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進而可提高整個球閥在線運行時間。

（1）密封面材質(zhì)選擇

 經(jīng)多次實驗表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，也沒有量佳的適用于任何場合的特殊材料，根據(jù)工藝介質(zhì)條件及操作要求，采用合適的硬質(zhì)合金材料，并采用合理的密封結(jié)構(gòu)，才能效預(yù)防密封面副粘結(jié)。

 在密封面材料選擇上，經(jīng)過大量試驗，對幾十種密封副材料進行配比試驗，從中挑出了具有強工況針對性，抗粘接性、抗氧化性、良好導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性的硬質(zhì)合金涂層材料。該硬質(zhì)合金涂層*解決了高壓、高溫、純凈氣體工況下，硬質(zhì)合金粘結(jié)、氧化、熱量積累以及靜電放電等難題，其應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)時，無論在而磨性能還是使用壽命上教師得到了很在的提升。

 在密封結(jié)構(gòu)上，采用定量壓縮、雙軸承、開口碟簧補償?shù)冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計，保證高溫、常溫和低溫下開關(guān)扭矩穩(wěn)定及開關(guān)到位。

（2）開口蝶簧設(shè)計

 固體顆粒球閥越來越多地選用碟簧。通常情況下，應(yīng)用碟簧的球閥即使在無壓狀態(tài)下，開啟與關(guān)閉過程中產(chǎn)生的扭矩亦不相同，開啟過程中扭矩波動不大，但關(guān)閉過程出現(xiàn)扭矩銜最大再突然變小然后再逐漸增大現(xiàn)象。原因是球體在關(guān)閉的過程中，閥座的側(cè)斜造成起始位置與關(guān)閉位置的碟簧預(yù)緊力不同，相應(yīng)的球閥密封副之間產(chǎn)生的摩擦力不同。

 開口碟簧可解決閥門開啟與關(guān)閉扭矩不同的問題。球閥開啟或關(guān)閉過程中，開口蝶簧使開品側(cè)碟簧力變小，此時雖然閥座側(cè)斜，一側(cè)的碟簧壓縮量會增大，但由于開口的影響，使兩側(cè)的力基本相同，保證球閥關(guān)閉與開啟過程中球座密封副涂層產(chǎn)生的摩擦力矩基本恒定，降低了正臺球閥的開關(guān)扭矩，有效降低了閥門卡澀故障。

（3）卸灰槽設(shè)計

 進入到碟簧位置的物料相對螺旋彈簧較易排出，但物料同樣會進入碟簧部位，在碟簧與閥體或閥帽之間形成的三角區(qū)域內(nèi)形成堆積。而且隨著壓力的變化，閥座組件會產(chǎn)生少量的位移，碟簧變形產(chǎn)生的空隙就會被固體或漿料介質(zhì)填滿，使碟簧無法復(fù)位，失云其固有的彈簧性補償功能而處于卡死狀態(tài)，從而造成球體與閥座之間的摩擦力只增不減，越來越大，導(dǎo)致球閥開始卡，直至執(zhí)行器無法驅(qū)動球閥出現(xiàn)故障。

 為解決這一問題，物料進入碟簧后，通過卸灰槽排出碟簧后面的灰或漿料，碟簧不會被卡死，保護了閥座的靈活性，從而使該處扭矩很好的控制在設(shè)計范圍內(nèi)。

 除以上優(yōu)化設(shè)計，針對固體顆粒介質(zhì)用球閥，進行了以下方面處理：閥座邊緣銳利，起刮刀作用，防止固體顆粒進入閥座與球體的縫隙。閥座環(huán)與閥體間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(guī)定的操作及設(shè)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(jié)。座槽內(nèi)的閥座環(huán)支撐部件在球閥運轉(zhuǎn)過程中不會發(fā)生傾斜。閥座表面具有足夠的硬度，無污跡、裂縫。

4、總結(jié)

 金屬硬密封球閥應(yīng)用于煤粉、煤渣、渣槳等固體顆粒介質(zhì)時，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡、開關(guān)不到位等故障。通過優(yōu)化球閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使球閥具有壽命長，而高溫、而磨損、而沖刷等特點，廣泛用于高溫、高壓、易結(jié)晶、沉淀性介質(zhì)工況。