淺談幾種常見閥門的密封問題

賈延超，薛振東，盧秀清，朱海龍

(1.蘇州中本碩機電工程有限公司，江蘇 蘇州 215011；2.中石油獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699；3.新疆天利高新石化股份有限公司，新疆 獨山子 833699)

各式各樣的閥門用途繁多，選型不合理帶來的最直接的后果就是泄露。進而造成的環境污染、物料損失、人員傷害、火災、爆炸甚至是裝置停工等安全生產事故將不可挽回。閥門如何正確設計、選型、安裝、維保等工作是擺在化工行業面前一道急需解決的課題。工業技術的高速發展，推動閥門的密封結構技術及其材料要求達到一個全新的高度。適應高低溫以及高壓等苛刻工況下的具有強耐磨性、高密封性以及較強的抗腐蝕性能等的閥門如雨后春筍般涌現。本文介紹以下幾種常見典型閥門的密封狀況。

1 常見閥門的密封情況

1.1 球閥的密封情況

適合不同工況的多種密封形式。

1.1.1 軟密封

在浮動球閥的閥體內上下游，采用專用嵌壓機分別把閥座盡可能完全對稱的嵌入閥座內，閥座靠自身的彈性提供初始預緊力。此結構具有密封可靠，便于操作等優點。密封材料一般為聚酰胺纖維(NYLON)、增強聚四氟乙烯(RPTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、對位聚苯酚(PPL)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)等。

1.1.2 金屬硬密封

在閥門上游側設置一套由閥座、閥座圈、墊環組成的閥座組件，采用硬質合金堆焊在密封面上，墊環把閥座圈固定在閥座內，閥座與閥體通過O型圈密封，目的是給閥門提供必要的初始密封預緊力[1]。在閥門下游的閥體上則直接堆焊硬質合金，堆焊硬質合金的目的是為了不僅防止閥座對閥體的破壞，而且防止粘稠性含固體顆粒的物料對閥門的破壞。而硬質合金的材料一般選用的是satellite。下游閥座主要起到密封作用。這樣的閥門在安裝上是有方向的。金屬硬密封的球閥適用于高溫、高壓、粘稠不清潔的漿料、漿料。

1.1.3 金屬復合密封

金屬復合密封是金屬密封和軟密封的組合。金屬密封是第一級密封，大部分的介質被截斷并且顆粒雜質被阻止進入第二級密封。第二級密封是軟密封，完全阻斷介質。與球閥的金屬密封相比，金屬復合密封的情況需要在閥門上下游各設一處閥座組件，此時的閥門是雙向的，沒有安裝方向要求。金屬復合密封繼承了金屬密封和軟密封的各自優點。密封可靠、耐沖蝕耐磨損、操作方便、使用壽命長。

1.2 閘閥的密封情況

1.2.1 閘閥的密封形式

當作用于介質出口端閘板上的介質靜壓力大于閥板與閥座之間的密封力時，這種密封形式是自動密封。當介質靜壓力小于密封力時，就要采用強制密封了。閥桿轉動，介質出口端閘板在閥桿軸向力的帶動下與閥座密封面強制密封。單面強制密封是指介質出口端閘閥與閥座密封面之間有密封，而介質進口端閥板與閥座密封面之間沒有密封；介質進出口端閘板與閥座密封面之間均有密封的被稱為雙面強制密封。

1.2.2 楔形閘閥的密封原理

閥座和閥體上的兩密封面與楔形閘板的密封面緊密接觸，形成密封，能夠提高輔助的密封載荷是楔形閘板的優點，較好的滿足對高低壓介質壓力的密封要求。

1.2.3 優缺點

楔式閘閥一般適用密封條件要求嚴格或者低溫、高溫、高壓、有汽化現象等比較苛刻的操作工況。閘閥閥板在關閉前不與閥座接觸，減少了對閥板的磨損破壞。不過，由于楔式閘閥的閘板與閥座密封面具有傾角，閥板容易夾雜大直徑的介質物料，造成操作閘閥費力，閥板對閥座密封有破壞，閘閥密封效果不佳。因此，楔式閘閥對輸送介質的清潔度是有要求的。

1.2.4 平行時閘板閘閥的特點

與楔式閘閥不同，平板閘閥的閥板兩密封面相互平行；旋轉手輪，平行閘板在兩閥座面上滑動，擦拭介質中的顆粒物，故平板閘閥適合安裝在粘稠狀、帶懸浮顆粒的介質中，且流阻小。平板閘閥對介質壓力是有要求的：當介質壓力過大時，經常啟閉，閥板與閥座密封面的磨損較大。當介質壓力過小時，閥板與閥座密封面的密封力不易達到合適的密封。且高速高壓的流體對閥板的沖擊較大。

1.2.5 閘閥類型的選擇建議

粘稠性、帶懸浮顆粒的介質優先選擇用平板閘閥：如刀型平板閘閥；而清潔型流體不妨選擇楔式閘閥。

1.3 截止閥的密封情況

1.3.1 截止閥平面密封特點

裝配截止閥時，具有一定晃動量的閥瓣能夠自動找到與閥座密封的最佳位置，故截止閥對閥瓣的導向要求不是很嚴格。但是，大顆粒的介質對閥座、閥瓣密封面具有磨損。

1.3.2 截止閥錐面密封特點

相比平面密封，截止閥的錐形閥瓣與閥座接觸的接觸面積較小，在相同的介質密封作用力下，密封比壓較大，故錐形閥瓣的截止閥更容易實現密封。

1.3.3 截止閥球面密封特點

截止閥的球面閥瓣與閥座接觸，閥瓣能根據介質力較好的調整與閥座的接觸情況。理論上，球面閥瓣與閥座形成線接觸，相比錐形閥瓣，球面閥瓣的密封比壓更大，更容易形成密封。但線接觸密封更容易受到沖擊，故對閥座閥瓣材質的耐沖蝕要求要高。

2 閥門密封失效的常見原因及改進措施

(1)介質通過截止閥，流動阻力增加，壓力降低。當低至介質飽和蒸汽壓后，汽蝕現象發生。受壓擠的氣泡破碎高速撞擊在閥座、閥瓣的金屬表面，造成金屬表面缺陷，疲勞破壞，密封性能失效。一般采取應用氣相沉積技術致密截止閥錐形閥瓣密封面堅硬和通過增大閥腔、減小閥瓣傾角、嘗試變錐形閥瓣為球面閥瓣等技術手段來優化截止閥內結構，減小流阻損失，保護閥門密封長久有效10。

(2)設計不合理和制造工藝落后、粗糙是造成閥門密封失效的常見原因，多是小流量的滲漏。選擇制造質量品牌的閥門，一般可以避免類似情況的發生。

(3)含有懸浮狀、固體雜質、粘稠性物料易造成閥門密封失效，引起介質泄漏。根據操作溫度、壓力等工況，介質的理化特性等選擇合適的閥門即可解決這一問題。

(4)因為誤操作或者劇烈工作的工況導致閥桿卡死，閥門關閉不嚴甚至無法關閉，造成介質泄漏，引起裝置及環境污染。開展定期檢修，設置旁路可緩解這一矛盾。

(5)所選閥門零部件的材質難以滿足腐蝕性或者高溫高壓苛刻操作介質的要求，致使閥門零部件強度、剛度破壞。閥門選材導致的泄露所存在的漏洞可從閥門材質源頭入手，便水到渠成的解決問題。

(6)由于工廠的開停車，造成壓力時大時小的劇烈震蕩，變化的壓力導致密封面干摩，短時間內產生的熱量無法被帶走，致使密封材料燒焦，閥門密封失效。這要求閥門自密封系統要精良，確保閥門密封正常工作。

3 總結

閥門是保證管道和設備安全平穩運行的重要管路組成元件，其結構相對較復雜，技術含金量較高。因閥門質量問題造成裝置出現安全事故的例子時有發生，因為充分認識并掌握閥門知識勢在必行。閥門的密封系統是閥門的重要組成部件，閥門密封系統的設計、選材、裝配、試驗以及后續的安裝運行都是至關重要的。掌握閥門密封原理，可控閥門密封不泄露是保障裝置安全生產的關鍵步驟。

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