發(fā)布于:2019/3/6 9:44:23 點擊量:80
1 引言
控制閥是自動控制系統(tǒng)的終端控制元件之一,由于化工裝置中,存在許多高溫、高壓工況,有些介質(zhì)具有較強的腐蝕性和毒性,且易燃易爆,當閥門填料泄漏時,不僅造成原材料的浪費,而且對環(huán)境也會造成嚴重污染,甚至引起火災、爆炸、中毒等危害生命的安全事故。因此,控制閥填料泄漏問題應引起足夠的重視,在設計選型中合理選用密封填料是非常重要的。針對控制閥的填料密封,結(jié)合多年的工作經(jīng)驗和相關(guān)資料,通過對控制閥填料函結(jié)構(gòu)形式分析,介紹聚四氟乙烯和柔性石墨填料的特性及應用場合,并對合理地選擇控制閥的填料進行簡單介紹。
2 控制閥填料作用和分類
控制閥閥門部分由閥的內(nèi)件和閥體組成,閥的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等,其中填料函部件用于對閥桿的密封,是用彈性方法防止工藝介質(zhì)通過往復式或轉(zhuǎn)動式運動而在閥桿表面產(chǎn)生泄漏,它是閥體不可分割的一部分,閥門的閥桿密封幾乎都是利用填料函來實現(xiàn)的。
控制閥填料是動密封的填充材料,一般裝在上閥蓋的填料函中,其作用是阻止被控介質(zhì)因閥桿運動而引起的泄漏。
常用的填料按材質(zhì)主要分為兩大類:聚四氟乙烯和柔性石墨。
2.1 聚四氟乙烯(PTFE)
聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物,具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力。其抗腐蝕能力甚至超過了玻璃、陶瓷,即使對強酸、強堿、強氧化劑也有很好的抗腐蝕能力,是一種理想的密封材料。但其耐溫性能差,聚四氟乙烯在200°以上開始極微量的裂解,受壓、受熱一蠕變,而影響密封性能,且不適用于熔融的堿液或氟化物場合。常用的聚四氟乙烯填料有:
(1)聚四氟乙烯成型織裝填料:它是采用聚四氟乙烯散裝編織壓制而成,是一種開口材料,柔韌性好,持久耐用,密封效果好,更換方便,是應用最廣泛的一種材料。
(2)V型聚四氟乙烯填料:一般用聚四氟乙烯棒料車削加工而成,填料結(jié)構(gòu)呈V型,在兩端壓緊情況下,由于聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)小,有潤滑作用,密封性能好等優(yōu)點。V型填料環(huán)的特點是:在閥內(nèi)介質(zhì)的壓力作用下,填料外圈的唇邊在張開時,始終緊貼填料函內(nèi)壁,實現(xiàn)靜密封。同樣在壓力作用下,填料內(nèi)圈的唇邊在張開時,始終緊貼閥桿保證動密封,這樣即使閥桿上下運動,同樣都能保證密封性。
(3)四氟-石墨填料:通過加入部分玻璃纖維、石墨、二硫化鉬,以提高聚四氟乙烯抗蠕變和導熱性能,但硬度變大,耐腐蝕能力下降,密封性能下降。
2.2 柔性石墨
柔性石墨材料屬于非纖維質(zhì)材料,它是把天然鱗片石墨中的雜質(zhì)除去。再經(jīng)強氧化混合酸處理后成為氧化石墨。氧化石墨受熱分解放出二氧化碳,體積急劇膨脹,變成了質(zhì)地疏松、柔軟而又有韌性的柔性石墨。是一種壽命長、密封性能好的材料。
2.2.1 特點
(1)有優(yōu)異的耐熱性和耐寒性。柔性石墨從-250℃度的超低溫到+600℃度高溫,其物理性質(zhì)幾乎沒有什么變化;
(2)有優(yōu)異的耐化學腐蝕性。柔性石墨除在硝酸、濃硫酸等強氧化性介質(zhì)中有腐蝕外,在其他酸、堿和溶劑中幾乎沒有腐蝕;
(3)有良好的自潤滑性。柔性石墨同天然石墨一樣,當受外力作用,容易產(chǎn)生滑動,因而具有自潤滑性,密封性能好;
(4)因其多孔因其多孔疏松而又卷曲,故其回彈性柔韌性好。當軸或軸套因制造、安裝等存在偏心而出現(xiàn)徑向圓跳動時,具有足夠的浮動性能,即使石墨出現(xiàn)裂紋,也能很好密合,從而保證帖合緊密,防止泄漏。
2.2.2 石墨填料種類
(1)絲狀或編織狀:這種填料彈性好更能包住閥桿并凈化閥桿表面。編織狀石墨填料可克服其他類型石墨填料由于磨損而造成的泄漏,但編織狀石墨填料由于絲狀結(jié)構(gòu)導致空隙,從而易滲透。
(2)片狀石墨:用若干片石墨板壓制而成的填料環(huán),其紋理和閥桿表面相垂直,形成方形斷面,因此流體不易滲透,但它也減少了軸向壓力與徑向壓力的比值,需用更大的壓緊力才能密封。
(3)彎片狀石墨:其紋理與閥桿軸向平行,用若干個石墨片加工而成。彎片狀石墨在壓制時的壓力比它工作時的壓力高得多,因此它在填料函中不會再收縮。高溫時由其原理可知容易滲透。但由于加工容易,價格低廉,目前被廣泛采用。
3 填料泄漏的主要原因
控制閥在現(xiàn)場實際使用中發(fā)生填料泄漏的原因多種的樣,在現(xiàn)場維護應針對閥門的實際使用情況進行具體分析、判斷,進而從根本上消除泄漏產(chǎn)生的原因,解決安全隱患。根據(jù)發(fā)生泄漏的規(guī)律,歸納起來主要原因有以下幾種:
(1)填料材質(zhì)、類型選用不妥:如在150℃-200℃工況選用四氟填料,填料在臨界工況下長時間工作會發(fā)生微小蠕變,受高壓介質(zhì)作用填料密封性能下降;又如液氨、焦油、燃料等滲透性強的介質(zhì)選用了織狀型填料,這些情況受高溫高壓介質(zhì)影響,易產(chǎn)生泄漏。
(2)填料安裝方法不當:填料裝入填料函后,經(jīng)壓蓋對其施加軸向壓力,由于填料的塑性,使其產(chǎn)生徑向力,并與閥桿緊密接觸,如填料在安裝中上緊下松,受力不勻,使這種接觸非常不均勻,有的部分接觸松,甚至沒接觸上,造成填料泄漏。
(3)控制閥在使用過程中,閥桿同填料之間存在著相對運動,這個運動叫軸向運動。使用過程中,隨著高溫、高壓和滲透性強的流體介質(zhì)的影響,控制閥填料函也是發(fā)生泄漏現(xiàn)象較多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏,對于紡織填料還會出現(xiàn)滲漏(壓力介質(zhì)沿著填料纖維之間的微小縫隙向外泄漏)。閥桿與填料間的界面泄漏是由于填料接觸壓力的逐漸衰減,填料自身老化、失去彈性等原因引起的,這時壓力介質(zhì)就會沿著填料與閥桿之間的接觸間隙向外泄漏。
(4)控制閥頻繁動作、閥桿彎曲、磨損、腐蝕、光潔度下降造成填料磨損而泄漏。
(5)控制閥在使用工況發(fā)生變化,如在裝置開車升溫過程中,控制閥有冷態(tài)到熱態(tài)過程中,熱態(tài)介質(zhì)變化大,閥桿受熱膨脹作用影響,使填料間隙變大,填料泄漏嚴重。
(6)填料壓蓋不緊,偏斜,或控制閥臥式安裝,會造成閥桿與填料接觸不好,間隙過大或過小。
4 防止填料泄漏對策
(1)為使填料裝入方便,在填料函頂端倒角,在填料函底部放置耐沖蝕的間隙適當?shù)慕饘俦Wo環(huán)(與填料的接觸面不能為斜面),以防止填料被介質(zhì)壓力推出。
(2)提高閥桿和填料函表面精度、光潔度。如果各種可動部件之間的摩擦系數(shù)之和為零,則作用在填料壓蓋的力就能均勻地傳遞到整個填料上,無任何衰減??蓪嶋H摩擦力總和是存在的,不可能為零,作用在填料上的徑向力就隨著距壓蓋距離增減而減少,摩擦力越大,壓力衰減越大。被密封的壓力一旦超過填料上的作用力,就開始泄漏。因此在維修時閥桿與填料函不能有劃痕、點蝕和磨損,光潔度要好。
(3)選用合適的材料,必須具有抵抗溫度變化的能力,有抗蠕變,抗松弛及抗氧化的能力。一般情況下,條件滿足優(yōu)先選用四氟,不滿足時選石墨。也可以選用混合填料:一是石墨填料和四氟填料混合使用;二是O型環(huán)和V型填料混合使用。滲透性強的介質(zhì)可選用石墨填料。
(4)裝填料時,應一圈一圈加,并用壓具逐一壓緊,壓牢,使填料受力均勻。開口填料應上下錯開90°或120°放置,填料加入圈數(shù)應以沒有外漏為適宜。加少了填料壓蓋會進入填料函中,易造成泄漏。
(5)對于彈簧作用作用的聚四氟乙烯填料,壓蓋螺絲應均與對稱擰緊,不能偏斜。其他類型填料不必要擰得太緊,以不漏為止。
(6)新閥或剛檢修的控制閥在投用后,應檢查填料有無泄漏,如有泄漏要及時處理,以防填料泄漏越來越大。
5 使用中應注意的問題
(1)成型填料切斷時用45°切口,安裝時每圈切口相錯90°或120°。
(2)在高壓下使用聚四氟乙烯成型填料,要注意冷流特性。
(3)柔性石墨環(huán)單獨使用,密封效果不好,應與石墨編織填料組合使用。
(4)石墨填料不能用于強氧化劑,如濃硫酸、濃硝酸等介質(zhì)。
(5)填料函的尺寸精度、表面粗糙度,閥桿尺寸精度和表面粗糙度,是影響成型填料密封性的關(guān)鍵。
6 結(jié)束語
在多年的現(xiàn)場實際應用中,控制閥發(fā)生填料泄漏原因多種多樣,只要我們勤于觀察、對泄漏產(chǎn)生的原因認真分析,填料泄漏的問題還是能夠消除的;但是也應該看到,有些控制閥產(chǎn)生填料泄漏的原因比較復雜、泄漏的因素較多,還需要在今后的實踐工作中不斷分析、探索。
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