中壓氧氣截止閥故障分析與在線處理

許丙成，王勝利，陳 旭，蔣小林，孫爭收

（安徽馬鋼氣體科技有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

某公司管網中壓氧氣截止閥在線運行近三十年，多數閥門處于露天環境，因氧氣管網閥門特殊性，長期運行，操作頻次較少，缺乏維護，不具備在線更換條件。在特種設備壓力管道新規要求下，壓力管道定期檢測中，發現在線閥門銹蝕嚴重、卡阻、閥桿漏氣等問題[1]。

1 閥門故障分析

廠區管網中壓氧氣截止閥為J41F 型（直通式法蘭連接截止閥），如圖1。啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面，閥瓣沿閥座的中心線做直線運動。閥桿的運動形式為升降旋轉桿式，可用于控制流體介質的流動。該類閥門的閥桿啟閉行程相對較短[2]。

圖1 J41F截止閥示意圖

1.1 閥門動作阻力分析

(1)閥門關閉時，在手輪轉動時在軸承處齒輪與閥桿會產生摩擦，造成一定的徑向阻力，如圖2。

圖2 手輪處齒輪摩擦力

(2)閥門關閉時，填料密封會產生一定阻力，填料密封的機理是填料裝入填料腔以后，經壓蓋螺絲對它作軸向壓縮，當軸與填料有相對運動時，由于填料的塑性，使它產生徑向力，并與軸緊密接觸，如圖3。

圖3 填料密封處轉動徑向力

(3)閥門在關閉時，隨著閥瓣的下降，流體在閥瓣前后造成壓差，使閥瓣下降阻力增加。當截止閥全關時，閥瓣前后壓差等于介質工作壓力，阻力最大。再加以強制的密封力，使截止閥關閉瞬間所需操作力更大，如圖4。

圖4 閥門關閉時閥瓣阻力

1.2 閥門動作異常可能因素分析

（1）閥門在全開時，氣體流動使閥瓣經常受沖蝕腐壞。

（2）密封填料會在長期運行過程中受到磨損、浸蝕、老化、干涸等因素的影響,密封性能下降而導致滲漏。

（3）填料密封需良好的潤滑和適當的壓緊。若潤滑不良，或壓得過緊都會使油膜中斷，造成填料與軸之間出現干摩擦，最后導致燒軸和出現嚴重磨損。

（4）閥門長期處在露天情況下，經過日曬雨淋，會使閥門齒輪、閥桿固定平面軸承、連接桿縫隙等連接處產生銹蝕、有雜物等情況，導致閥門動作困難。

（5）平面軸承傳動方式的手動閥，不適于長期動作較少的露天環境。

2 在線處理閥門問題

2.1 閥門初步處理

截止閥門現場動作和檢查，發現問題有，盤根壓得太緊、閥桿與閥桿螺母絲扣損壞、手輪、閥桿、軸承銹蝕嚴重，無法動作。針對這些問題，在線最簡單的采取措施是對盤根壓蓋螺栓調整，進行來回試動；解決手輪處支撐平面軸承摩擦力的問題；對外部銹蝕部分進行除銹清理和對支撐平面處添加氟氯油為期2 周時間用以潤滑處理。采取措施后，部分截止閥門依然卡阻，無法動作。

2.2 閥門新技術

因初步處理效果不佳，部分氧氣管網截止閥仍無法正常操作，隱患依然存在。因此，嘗試在線更換閥門執行機構，對管網截止閥進行在線隱患攻堅。

采用的新型氧氣截止閥門是內平衡式氧氣截止閥，齒輪箱（見圖5）采用一對圓錐齒輪副傳動，所有的錐齒輪均采用高強度的優質鋼并經特殊處理，通過高強度的推力組件承受來自閥門閥桿的推力，具有結構緊湊、強調高、承受推力大、傳動效率高等特點，且是全封閉結構，可以達到IP68 防護等級，適應各種環境，采用二硫化鉬潤滑脂，保證各嚙合部位永久潤滑無泄漏，無需更換潤滑脂。對操作輕便、靈活和“零”泄漏的密封要求方面有獨到之處。

圖5 新型齒輪箱結構示意圖

2.3 在線更換執行機構，解決閥門故障

該公司管道整改碰接新建南北區域聯通主管，需關閉氣體公司內編號V346 閥門。因閥門操作卡阻，經前期嘗試潤滑、減壓處理無成效。采用新型閥門執行傳動結構更換舊執行傳動結構，首先對閥門支架進行精細尺寸測量，依據尺寸采購新型執行機構，有專業人員進行現場施工，對V346 閥門支撐架進行切割，向上旋轉退出舊支撐架及執行結構，對底座，閥體、閥桿、壓蓋等結構進行清理，進行新支架安裝，用螺栓連接安裝新齒輪傳動機構。原卡阻閥門改造后可輕易操作。后期陸續完成滿足條件的12只截止閥門改造，均在管網正常使用。

2.4 閥門問題解析

拆檢舊閥門執行機構過程極其困難。從全部拆檢部件發現，閥門無法正常動作主要因為舊傳動機構內保持架和滾珠銹蝕嚴重，致使閥桿卡阻，無法正常動作。

2.5 總結在線更換閥門經驗

（1）現場更換執行機構需要進行切割閥座支架，需做好一切安全防范措施，如消防設備、消防車、救護車。

（2）現場閥門需由專業人員進行測量，對閥門支架高度、寬度、厚度、螺栓孔位置大小等進行精細測量確認，針對實際尺寸進行新執行機構制造。見圖6截止閥支撐架測量圖。

圖6 截止閥支架測量示意圖

（3）在線更換的閥門支架是連接式即螺栓連接，現場操作能對支架進行切割旋轉退出支架及執行機構，一體式支架閥門不能在線施工操作。

（4）確保在線更換閥門是全開狀態，切割支架，執行機構與螺桿分離后，管內介質會頂開閥門，容易造成安全隱患，所以要求閥門為全開狀態。

（5）同等規格的閥門的制造也會存在差別，每一只閥門尺寸都有細微差別，所以每一只閥門處理更換須對應一個執行機構，否則會出現尺寸不對應，螺桿滑桿，閥門關不到位等一系列情況。

3 科學的閥門操作和維護

（1）在線運行的截止閥，各種閥件應齊全、完好。螺紋桿紋理完好、法蘭和支架上的螺栓不可缺少，并要求運行班組或專業維保單位定期檢查緊固。

（2）對長期不需要動的在線閥門進行每月不低于2 次的定期加油工作，由運行班組或專業維保單位定期加氟氯油，確保閥門的潤滑性能。

（3）對長期全開不需要動的管網閥門，每月由運行班組或專業維保單位小幅度靈敏性檢查動作1至2次，每次不大于1/2圈。

（4）每月進行管道、閥門的專業巡檢，檢查確保填料壓蓋無歪斜或無預緊間隙。有問題時及時安排運行班組或專業維保單位進行修正處理，檢查填料是否過時失效，如有損壞應及時編制實際可行方案進行更換。

（5）對容易受到雨雪、灰塵、風沙等影響環境中的閥門,閥門需要安裝保護罩。

（6）嚴格執行良好的檢查和維護制度。

4 總結

系統科學地對閥門進行選型與匹配，以及有一套完善的閥門維護保養措施，是保證公司內長期不動作的閥門，在需要時能確保靈活動作的重要因素。因此我們在日常生產運行中應正確和有序有效地維護保養和保護閥門，使閥門正常發揮功能并且延長閥門使用壽命。