蒸汽用压力自密封闸阀泄漏的解决措施

丁鸿吉 程浩

(中国石油兰州石化公司化肥厂，廿肃兰州730060)

摘要: 蒸汽用压力自密封闻阀的泄漏问题长期制约着蒸汽管网系统设备的正常运行，木文通过对压力自密封闻阀泄漏原因分析，提出处理措施，并在实践中取得良好效果。

关键词: 闸阀 密封环 填料 泄漏

中国石油兰州石化公司化肥厂合成氨装置以天然气为原料，年产30万吨合成氨，装置内所使用的手动闸阀大多数为美国Fasani压力自密封阀门。近年来，该类阀门泄漏问题日益突出，尤其是蒸汽管网系统供汽轮机使用的高温高压蒸汽阀门，泄漏直接威胁到了设备的安全运行。

1 主要问题
    该合成氨装置蒸汽管网系统使用的美国Fasani压力自密封闸阀主要存在阀门内漏、阀体及填料泄漏的问题。泄漏故障主要表现在阀板与阀体密封环磨损、变形，阀体密封环流体冲蚀、脱焊穿透，阀杆轴向沟槽磨损或者环向腐蚀，填料磨损失效以及填料函腐蚀，阀体压力密封环腐蚀泄漏等方面。合成氨装置蒸汽系统关键阀门的参数和存在的主要故障如表1所示，阀门关键部件材料如表2所示。

2 原因分析及处理措施

2.1 压力密封环泄漏的原因分析及处理措施

压力自密封闸阀的原理是将楔形压力密封环放置在能够上下浮动的阀盖和阀体圆筒顶端盖扣环之间，盖扣环与阀体通过螺纹连接，利用螺栓提升阀盖使密封环与阀体盖扣环之间形成初始比压，当阀门工作时，依靠介质作用在阀盖上的力，使楔形压力密封环受压力面达到自密封。阀门自密封结构如图1所示。

压力密封环一般选用硬度较低、耐腐蚀的纯铁或316 L材料，具有在自密封压力作用下可对密封面缺陷进行补偿的优势。由检修情况统计，泄漏主要发生在密封面上，理论上可通过紧固提升螺栓的方法解决泄漏问题。但在大多数情况下，微小泄漏发现不及时，高压流体泄漏很快造成密封环和阀体沟槽冲蚀缺陷，沟槽宽度大多在0.5一5 mm针对该类问题，对法兰连接的阀门，采取阀门下线处理，对缺陷位置氢弧或激光熔敷补焊后，用车床、磨床修复至原尺寸，并按修复后的配合尺寸加工压力密封环，安装及试压后送现场回装;对于大管径焊接的阀门，因阀门下线需要切割、焊接管线，焊渣等杂物不可避免的进入管线中，给汽轮机的安全运行带来风险，因此可采用现场氢弧补焊，手工研磨密封面，用软填料代替压力密封环的措施解决泄漏问题。所用的软填料必须是含镍兹多的耐高温纯石墨填料绳。如图2所示，按压力密封环的规格准备多种规格的纯石墨镍兹填料，并按一定的顺序压入到原密封环处，且填料斜口搭接处互相错位，对称均匀的紧固提升螺栓使阀盖上升，与盖扣环共同挤压填料绳，初步形成一定的比压。阀门投用后，逐渐升高阀门系统内的压力，分阶段且对称均匀的紧固提升螺栓，直至人工无法紧固且软填料被挤压成型为i h:。以空气压缩机汽轮机主蒸汽闸阀为例，在管线蒸汽热管过程中，管线内压力较低但温度逐渐在升高，这个过程要观察是否有泄漏，并紧固提升螺栓，当压力升高到1.0 MPa时，检查密封处有无泄漏迹象，并紧固提升螺栓;继续升高系统压力到4.0 MPa持续30 min，检查泄漏情况并紧固提升螺栓;升高系统压力到工作压力10.0MPa，紧固提升螺栓直到人工无法紧固为i h:，此时软填料被挤压成原金属压力密封环形状，达到了密封效果。

2.2 填料泄漏的原因分析及处理措施

填料泄漏是阀门主要故障形式。生产中经常出现检修更换的新阀门投用后填料泄漏的问题，首要原因是该阀门选型错误，其填料不适应流体的介质，造成填料被介质溶解、高温软化或低温硬化等，这类问题需要更换阀门或填料解决;其次是阀门填料的比压低于介质的压力面泄漏，这类问题只需要紧固填料解决。但对于正常使用的阀门填料出现泄漏后，通过紧固或补充填料不一定能够解决问题，可能是阀杆或填料函出现了缺陷。总结高温高压蒸汽系统阀门检修情况，阀杆表面磨损和填料函高温氧化腐蚀是泄漏的根源。

2.2.1 填料的选择及安装

对填料使用的基本要求是填料与阀杆摩擦力小、不腐蚀阀杆与填料函的金属表面、适应介质的温度，不与介质发生溶解、腐蚀等物理化学反应。对于温度超过500℃，压力超过10MPa的高温高压蒸汽阀门的填料，理论上一般选择碳纤维成型填料和石墨石棉合金兹编织填料川。碳纤维成型填料是将聚丙烯睛纤维石墨化高温处理(2 5003 000℃)，并按照安装数据制造成成型规格的一类填料，具有高的抗拉强度、良好的耐热和耐介质性，热膨胀系数低，导热性及自润滑性能好，其缺点是易断裂及破碎。石墨石棉合金兹编织填料中一般用蒙乃尔合金兹或镍兹与石棉、石墨编织，并经高温处理，其优点是柔软、耐高温、耐腐蚀、自润滑性能好，其缺点是石墨容易脱落、切断断口破损、且含有一定量的聚四氟乙烯。在实际使用中，各种填料的缺点不同程度的影响了阀门的密封性能，给生产带来非常被动的局面。碳纤维成型填料在安装过程容易被挤碎，在高压流体作用下瞬间被吹出，阀杆填料密封瞬间失效风险大。石墨石棉合金兹编织填料中不同程度的含有聚四氟乙烯材料，在高温下析出，密封性能逐渐失效。因此，选择有效的填料至关重要。若使用碳纤维成型填料环时，填料内需含大量的镍兹，且要与阀杆及填料函配合尺寸紧密;使用石墨石棉合金兹编织填料时，其不能含聚四氟乙烯等易熔化材料，石墨含量超过98%，搭接处保证斜口无缝对接;碳纤维成型填料与石墨石棉合金兹编织填料也可搭配混合使用。填料安装顺序对密封性能至关重要。第一环填料可使用金属环或石墨石棉合金兹编织填料，然后安装5}6环碳纤维成型填料，最后一环填料再使用石墨石棉合金兹编织填料;或者除两端的填料外，中间可用成型填料与编织填料交替安装。这两种填料就摩擦力而言，成型石墨环相对小的多，因此尽可能使用第一种安装顺序。同时，每安装两环填料后，需用填料压盖预压紧一次，保证每一环填料与阀杆及填料函有一定比压。填料压紧安装过程中对压盖螺母的扭矩T有一定的要求，其与阀门承受的系统压力有关，当压力小于17.4 MPa时，计算公式如下:

T=0.00206 ( OD²-ID² ) d

式中:OD-填料函内径，mm ;

ID一阀杆直径，mm ;

d一提升螺栓直径，mm。

以空气压缩机汽轮机主蒸汽闸阀为例，该阀门压力为10.0 MPa,填料规格为小76.2 mmXΦ104.8mmX20 mm，压盖螺栓直径为Φ30 mm，则螺栓扭矩T=319.9 N·m

在参照填料压盖螺栓扭矩计算数据的基础上，使用扭矩扳手交替紧固2个压盖螺栓，考虑到螺栓摩擦阻力，最终紧固力矩一般超过计算扭矩的2030 N·m，并检查螺栓两侧的高度偏差不超过1mm。在螺母安装前，螺杆上均匀涂抹防咬剂，避免螺栓在高温下咬合。