電動球閥閥桿滲漏故障與處理

曹曄　柏曉東　馬克　劉濤

一、問題的提出

電動球閥是工業自動化控制系統中的重要執行機構，通常用于管道介質的遠程開、關（接通、切斷介質）控制。石西油田石南31井區自2004年開發，先后在8座計量站投用了迪威爾自動化計量裝置。隨著開發年限的推進，2008年至2013年，石南31井區8套迪威爾自動化計量裝置陸續出現了用于壓油的電動球閥閥桿密封不嚴導致油氣泄漏故障。由于自動化計量裝置是安裝在受限空間內，泄漏的原油造成污染，天然氣滯留在受限空間內，嚴重影響了現場安全生產。

二、故障現象

石南31井區8套迪威爾計量裝置擔負著150口油井的計量任務，每計量一口井壓油閥就要開、關一次。隨著自動化計量裝置使用年限的增長，用于計量壓油的電動球閥閥桿密封處出現密封不嚴油氣泄漏的現象（如圖1），并呈上升的趨勢，給計量站的正常運行帶來了安全隱患。

三、故障原因

1.電動球閥結構與工作原理

電動球閥是由電動執行機構和球閥共同構成，球閥是由閥體、閥桿、球體、密封閥座組件、O型密封圈、石墨墊子、氟墊子、閥桿壓帽等部件組成（如圖2）。

電動執行機構帶動閥桿，由閥桿帶動球體，圍繞垂直于通道的軸線旋轉，球體隨閥桿轉動從而達到啟閉通道的目的。球閥只需通過旋轉90的動作就可完成一次開或關。球閥內的密封是借助流體壓力、彈性元件作用力或預壓縮產生的密封力使密封副（球體或閥座）相互靠緊、接觸，以減小或消除密封面之間的間隙而達到密封的效果。閥桿密封是通過“O”型密封圈發生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓則不發生泄漏，以達到密封的效果。

2.原因分析

電動球閥閥桿密封方式是屬于動密封。用于計量壓油的電動球閥在長時期多頻次的運轉下，“O”型密封圈會受到磨損線徑變小，導致接觸壓力降低。當接觸壓力小于被密封介質的內壓就會發生泄漏，“O”型密封圈磨損到沒有接觸壓力時就完全失去密封效果。

四、故障處理

發現問題初期，維修人員針對閥桿密封不嚴采用的是常規式處理，在閥桿外填料箱內添加石棉繩、生料帶、氟墊子等油田常用密封材料。由于外填料箱槽深只有5mm，加入填料有限，密封效果不佳。一般密封時效只有1-5天，頻繁的維護既增加了維修人員的勞動強度，也使計量裝置時常不能正常運行，生產數據不能正常提取。

1.更換新球閥

為了保證設備可以正常運行和減少維修頻次，直接對閥桿密封不嚴計量壓油的電動球閥進行了更換，解決了閥桿密封不嚴的故障。

經過統計2008-2013年，石南31井區8個計量站已更換計量壓油的電動球閥11次，平均每個計量壓油的電動球閥使用壽命只有3.6年，新閥使用時間仍然較短。材料費用11只×8500元/只=93500元。由此造成了材料費用的上升。

2.改變密封方式

在現有條件下改變密封方式，將“O”型密封圈內擠壓型密封改成外加壓型密封，通過閥桿壓帽將力作用在“O”型密封圈上形成擠壓，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓則不發生泄漏，并且由于“O”型密封圈自身的彈力，而具有磨損后自動補償的能力。

測量收集閥桿、外填料箱的各項尺寸數據，制定了尺寸為外徑Φ27mm線徑Φ3.1mm的“O”型密封圈及外徑Φ27mm內徑Φ22mm厚度2mm的氟墊子作為球閥閥桿密封組件（如圖3）。

2014年，從商家訂購了所需“O”型密封圈及氟墊子，對8個計量站閥桿密封不嚴的電動球閥陸續進行了“O”型密封圈及氟墊子安裝。2015年，經過9個多月的使用，8個計量站壓油球閥閥桿密封的情況良好，滿足了現場需求（如表1）。

五、應用效果

將電動球閥閥桿密封不嚴出現故障所造成的維修頻次由原來的約2.5天/只，延長為約230天/只。

六、技術創新點

采用閥體外添加“O”型密封圈及氟墊子解決了閥桿密封不嚴的故障，攻克了原有的技術缺陷，確保了計量設備的正常運行。