高壓閥門自密封泄漏原因分析及處理措施

肖惠敏，王黎黎，汪 超

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

2018年8月27日，中國石油寧夏石化公司化肥一廠合成氨裝置氣化工段鍋爐給水加器（4114-E4）入口閥自密封處發(fā)生泄漏，介質(zhì)為鍋爐給水，壓力為12.2 MPa，介質(zhì)溫度為195℃，閥門型號250GT357，隨著時間的推移泄漏量逐漸增大，若泄漏情況得不到處理，會導致2號鍋爐停爐，合成氨裝置停車事故。化肥一廠立即聯(lián)系專業(yè)堵漏公司作業(yè)人員，采取向閥門密封環(huán)處打孔注劑的方案，通過在閥體自密封處不同位置，逐步打孔8個并緩慢注入密封劑（見圖1），由于密封環(huán)處泄漏位置不易找準，密封劑很難進入到泄漏部位，經(jīng)過兩天連續(xù)作業(yè)，泄漏量未見減小，并且出現(xiàn)增大的跡象，最終此方案未能封堵成功。針對這種情況，化肥一廠設(shè)備科安排本單位安檢公司進行帶壓堵漏處理，安檢公司操作人員總結(jié)以往堵漏經(jīng)驗，決定采用將閥體端面、填料函與壓板之間的間隙焊接加固，在閥體檢漏孔處焊接密封劑注入螺母并注入密封劑的處理措施，耗時5 h，最終將漏點成功封堵且不影響閥門正常操作[1-3]。

1 閥門結(jié)構(gòu)

該閥門為日本進口閥門，閥蓋與閥體之間采用楔形密封環(huán)（304）進行密封，已投入裝置中連續(xù)運行三十多年，閥門介質(zhì)參數(shù)（見表1），閥門泄漏部位原始圖紙（見圖2），局部視圖（見圖3）。通過旋緊拉伸螺栓使閥蓋上升，閥蓋與楔形密封環(huán)、閥體與楔形密封環(huán)之間形成初始密封，當閥體內(nèi)壓力上升時，閥蓋受介質(zhì)壓力作用向上移動，使閥蓋與楔形密封環(huán)、閥體與楔形密封環(huán)之間的密封比壓隨著閥體內(nèi)壓力的增加而逐漸增大，從而形成良好的密封效果。

圖1 密封環(huán)打孔

表1 閥門介質(zhì)參數(shù)

圖2 閥門泄漏部位原始圖紙

圖3 局部3D視圖

2 泄漏原因分析

2.1 楔形密封環(huán)加工精度不高

該閥門為高壓焊接閥門，每個大修周期都進行在線維修，對楔形密封環(huán)進行檢查及更換，由于高溫高壓自緊密封閥門楔形密封環(huán)一般有硬密封和軟密封兩種，硬密封為金屬楔形環(huán)，軟密封為復合石墨楔形環(huán)，楔形密封環(huán)錐度為30°～35°，與閥體配合間隙0 mm～0.1 mm，若加工精度不高，導致楔形密封環(huán)錐度與閥蓋錐度不能完全貼合而發(fā)生泄漏。

2.2 運行介質(zhì)壓力、溫度大幅波動

生產(chǎn)操作工況不平穩(wěn)，壓力、溫度發(fā)生大幅度波動，對密封環(huán)產(chǎn)生沖擊、擠壓及沖刷，頻繁發(fā)生的生產(chǎn)工況波動造成密封環(huán)與閥體間存在間隙，出現(xiàn)泄漏。

2.3 閥門檢修存在質(zhì)量問題

閥門拆開檢修時，楔形密封環(huán)在安裝過程中未將密封面清理干凈，存在細小顆粒物雜質(zhì)或檢修過程中留有縱向的劃痕，在長時間的運行中出現(xiàn)泄漏。

2.4 介質(zhì)對楔形密封環(huán)腐蝕

楔形密封環(huán)的設(shè)計不僅要求保證一定的強度與耐腐蝕性，而且其表面硬度應(yīng)低于閥蓋密封層硬度并且在外力作用下要有一定的塑性變形，水質(zhì)處理不當，在長時間運行中對密封環(huán)產(chǎn)生一定的腐蝕，造成泄漏。

3 處理措施

3.1 通過緊固閥體壓板提升螺栓，增大壓板與楔形密封環(huán)間預緊力

閥門自密封處發(fā)生泄漏跡象或發(fā)生少量泄漏時，首先通過緊固閥體壓板提升螺栓來增大壓板與楔形密封環(huán)間的預緊力，使密封環(huán)通過塑性變形來進一步減少閥體、壓板、密封環(huán)間的間隙來消除泄漏問題，若在螺栓緊固的過程當中，泄漏量仍然沒有減少或消除，則停止緊固，需采用其他處理措施。

3.2 閥體外打孔注入密封劑進行封堵

觀察泄漏點的具體位置，通過查找閥門的裝配圖紙并在泄漏部位測量出楔形密封的實際高度，在楔形密封環(huán)的錐形中間處的閥體外部進行打孔，孔的直徑選擇8 mm～10 mm，深度和該處閥體壁厚相等（見圖4）。安裝密封劑注入閥后進行注劑封堵，此種措施針對軟密封楔形環(huán)比較有效，對硬密封金屬環(huán)由于間隙太小，密封劑一般無法注入，同時在閥體外楔形密封環(huán)泄漏部位不易找準。因此，據(jù)以往實踐堵漏情況來說，針對硬密封閥門此方案起到的效果甚微。

圖4 打孔部位

3.3 閥體端面、填料函與壓板之間的間隙焊接加固帶壓封堵

3.3.1 拆除閥門手輪、閥架 協(xié)調(diào)工藝人員調(diào)整好工況，并將閥門全開后，將閥門支架的固定螺栓拆除，旋轉(zhuǎn)閥架確認閥桿沒有升、降變化后，拆掉閥架。

3.3.2 閥體、壓板及填料函進行密封焊接 閥架拆除后，閥門壓板一部分露出閥體，將壓板與閥體之間的縫隙進行密封焊接，為了不影響堵漏后閥架的回裝，焊縫寬度保持5 mm～8 mm，焊肉與壓板呈45°狀態(tài)（見圖5）。

圖5

3.3.3 閥體檢漏孔處焊接密封劑注入螺母 閥體檢漏孔處，焊接M20螺母，焊接過程中確保沒有夾渣氣孔后，安裝密封劑注入閥。

3.3.4 在壓板頂絲孔安裝密封劑注入閥 疏通壓板頂絲孔，頂絲孔徑一般為M12的內(nèi)螺紋，在壓板的頂絲孔處安裝密封劑注入閥。

3.3.5 注密封劑封堵泄漏 先從壓板頂絲孔處注入密封劑，直至一側(cè)范圍內(nèi)沒有水、汽噴出時，換另一側(cè)進行注入；當填料函周圍無泄漏時，再從檢漏孔處注入密封劑，操作過程中注意密封劑流入速度及升壓不要過快。當泄漏量逐漸減小時，密封劑注入速度隨之變緩，直至泄漏消失后，進行閥架回裝。

4 結(jié)語

（1）閥門泄漏的在線帶壓封堵，雖然能確保化工裝置的連續(xù)生產(chǎn)，避免了非計劃停工檢修，但帶壓封堵只是一種搶修性的緊急處理措施，具有一定的局限性與很高的安全風險。

（2）帶壓封堵必須經(jīng)過專業(yè)培訓合格后的人員方可進行操作，作業(yè)前要充分考慮介質(zhì)特性并落實好安全措施。

（3）本項措施利用壓板與閥體內(nèi)的空間，將閥體端面、填料函與壓板之間的間隙焊接加固帶壓封堵，不僅能夠保證強度，而且避免了制作堵漏胎具，節(jié)約了成本，縮短了堵漏時間，向同類閥門泄漏的封堵提供一定的借鑒。

環(huán)境友好 成本降低 國內(nèi)首例鹽穴氮氣阻溶造腔現(xiàn)場試驗成功

8月15日，華北油田江蘇儲氣庫分公司完成的JK7-1鹽穴儲氣井聲吶測腔資料分析解釋結(jié)果顯示，這口井各項技術(shù)指標均達到設(shè)計要求，標志著國內(nèi)鹽穴儲氣庫首例氮氣阻溶造腔現(xiàn)場試驗取得成功，為全面推廣應(yīng)用氮氣阻溶造腔奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

氮氣阻溶造腔試驗是中國石油重大專項技術(shù)課題。此前，國內(nèi)鹽穴儲氣庫造腔普遍使用柴油作為阻溶劑，不僅成本高、油鹵分離處理難度大，而且存在環(huán)境污染的風險。氮氣阻溶造腔工藝最大優(yōu)點是環(huán)境友好，可降低造腔成本。

氮氣阻溶造腔阻溶劑由柴油替換成氮氣，因氮氣可壓縮性強，造腔時氣水界面監(jiān)測困難；同時造腔時阻溶劑井口壓力可達約13兆帕，對井口及井下管柱氣密性要求很高。江蘇儲氣庫分公司技術(shù)人員對試驗井井口密封件和井下管柱進行更換，在管柱下入過程中認真檢查和擦拭每根管柱密封絲扣，并采用扭矩儀全程監(jiān)控套管扭矩；井下下入永久式光纖界面儀，氣鹵界面采用光纖界面儀與中子測井相結(jié)合的方式監(jiān)測。以上措施有效解決了試驗井井下密封性和氣水界面監(jiān)測等關(guān)鍵難題。

試驗期間，現(xiàn)場監(jiān)控各項關(guān)鍵造腔參數(shù)均正常，氮氣—鹵水界面控制、腔體形狀發(fā)展等均達到設(shè)計要求。通過本次現(xiàn)場試驗，現(xiàn)場已形成鹽穴儲氣庫氮氣阻溶造腔井口安裝工藝、造腔管柱下入工藝、光纖界面檢測儀安裝及測試工藝、氣水界面監(jiān)測與控制、現(xiàn)場配套注氮工藝等配套關(guān)鍵技術(shù)。下一步，待驗收完成后將在新建鹽穴儲氣井全面推廣。

（摘自中國石油報第7168期）