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高压阀门自密封泄漏原因分析及处理措施刘江雨

发表时间：2020/7/15 来源：《电力设备》2020年第5期作者：刘江雨

[导读] 摘要：通过对高压闸阀自密封泄漏的原因分析，采用拆除阀架，将阀体端面、填料函与压板之间的间隙焊接加固，从阀体检漏孔处焊接密封剂注入螺母并注入密封剂的处理措施，在线完成高压阀门自密封泄漏的封堵。

        （天津蓝巢电力检修有限公司 300171）
        摘要：通过对高压闸阀自密封泄漏的原因分析，采用拆除阀架，将阀体端面、填料函与压板之间的间隙焊接加固，从阀体检漏孔处焊接密封剂注入螺母并注入密封剂的处理措施，在线完成高压阀门自密封泄漏的封堵。本项措施利用压板与阀体内的空间，将阀体端面、填料函与压板之间的间隙焊接加固带压封堵，不仅能够保证强度，而且避免了制作堵漏胎具，节约了成本，缩短了堵漏时间，向同类阀门泄漏的封堵提供一定的借鉴。
        关键词：泄漏；密封环；密封剂；堵漏
        普通阀门的阀体与阀盖采取法兰连接方式,阀内介质作用力的方向与螺栓的预紧力方向相反,介质压力越大密封性能越差,越容易泄漏。而自密封阀门是借助于介质本身的压力来达到密封目的的,压力越高,密封越严。基本工作原理为:阀盖被沉放在阀体内,阀盖的底座上依次放置坡形自密封环(以下简称坡形环)、压圈和四合环,坡形环与底座以斜面形式接触。顶盖螺栓的作用是向上顶起顶盖、并通过对开环把阀盖拉起,使坡形环受到斜向挤压力,从而与阀体密封面之间形成牢靠密封。当阀门内部受到介质压力作用时,这一压力由于与螺栓预紧力方向相同,使坡形环受到更大的挤压力,因而产生更牢靠的密封作用,内部介质压力越大,挤压力也越大,阀盖密封也越严密,故称为自密封。
        一、泄漏原因分析
        1.1楔形密封环加工精度不高
        该阀门为高压焊接阀门，每个大修周期都进行在线维修，对楔形密封环进行检查及更换，由于高温高压自紧密封阀门楔形密封环一般有硬密封和软密封两种，硬密封为金属楔形环，软密封为复合石墨楔形环，楔形密封环锥度为30°~35°，与阀体配合间隙0mm~0.1mm，若加工精度不高，导致楔形密封环锥度与阀盖锥度不能完全贴合而发生泄漏。
        1.2运行介质压力、温度大幅波动
        生产操作工况不平稳，压力、温度发生大幅度波动，对密封环产生冲击、挤压及冲刷，频繁发生的生产工况波动造成密封环与阀体间存在间隙，出现泄漏。
        1.3阀门检修存在质量问题
        阀门解体检修时，楔形密封环在安装过程中未将密封面清理干净，存在细小颗粒物杂质或检修过程中留有纵向的划痕，在长时间的运行中出现泄漏。
        1.4介质对楔形密封环腐蚀
        楔形密封环的设计不仅要求保证一定的强度与耐腐蚀性，而且其表面硬度应低于阀盖密封层硬度并且在外力作用下要有一定的塑性变形，水质处理不当，在长时间运行中对密封环产生一定的腐蚀，造成泄漏。　由于高温高压介质的长期作用,金属型坡形环往往会与阀体、阀盖的底座抱死在一起,拆卸时容易拉伤密封面,检修中若不加以处理,再投入使用时便容易引起泄漏。此外,在系统启停或者操作压力大幅波动时,随着阀门内部介质压力高低变化,阀盖带动坡形环会发生一定位移,在高压介质长时间的冲蚀下,容易造成坡形环所在的阀体密封面损伤而导致泄漏。
        1.5顶盖预紧螺栓压力补偿能力差
        自密封阀门安装使用后,在强大的介质压力作用下,坡形环得到进一步的压缩,由于顶盖预紧螺栓的温度与压力补偿能力较差,最初的预紧力被释放而导致顶盖螺栓出现松动,此时,介质压力一旦降低或大幅波动,阀盖就不能被固定在顶盖上,会造成坡形环压不紧而出现泄漏。

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        二、处理措施
        （1）通过紧固阀体压板提升螺栓，增大压板与楔形密封环间预紧力
        阀门自密封处发生泄漏迹象或发生少量泄漏时，首先通过紧固阀体压板提升螺栓来增大压板与楔形密封环间的预紧力，使密封环通过塑性变形来进一步减少阀体、压板、密封环间的间隙来消除泄漏问题，若在螺栓紧固的过程当中，泄漏量仍然没有减少或消除，则停止紧固，需采用其他处理措施。
        （2）阀体外打孔注入密封剂进行封堵
        观察泄漏点的具体位置，通过查找阀门的装配图纸并在泄漏部位测量出楔形密封的实际高度，在楔形密封环的锥形中间处的阀体外部进行打孔，孔的直径选择8mm~10mm，深度和该处阀体壁厚相等。安装密封剂注入阀后进行注剂封堵，此种措施针对软密封楔形环比较有效，对硬密封金属环由于间隙太小，密封剂一般无法注入，同时在阀体外楔形密封环泄漏部位不易找准。因此，据以往实践堵漏情况来说，针对硬密封阀门此方案起到的效果甚微。
        （3）阀体端面、填料函与压板之间的间隙焊接加固带压封堵
        拆除阀门手轮、阀架协调运行人员调整好工况，并将阀门全开后，将阀门支架的固定螺栓拆除，旋转阀架确认阀杆没有升、降变化后，拆掉阀架。阀体、压板及填料函进行密封焊接阀架，阀门压板一部分露出阀体，将压板与阀体之间的缝隙进行密封焊接，为了不影响堵漏后阀架的回装，焊缝宽度保持5mm~8mm，焊肉与压板呈45°状态。阀体检漏孔处焊接密封剂注入螺母，焊接M20螺母，焊接过程中确保没有夹渣气孔后，安装密封剂注入阀。在压板顶丝孔安装密封剂注入阀疏通压板顶丝孔，顶丝孔径一般为M12的内螺纹，在压板的顶丝孔处安装密封剂注入阀。注密封剂封堵泄漏先从压板顶丝孔处注入密封剂，直至一侧范围内没有水、汽喷出时，换另一侧进行注入；当填料函周围无泄漏时，再从检漏孔处注入密封剂，操作过程中注意密封剂流入速度及升压不要过快。当泄漏量逐渐减小时，密封剂注入速度随之变缓，直至泄漏消失后，进行阀架回装。阀门泄漏的在线带压封堵，虽然能确保阀门继续使用，避免了非计划停工检修，但带压封堵只是一种抢修性的紧急处理措施，具有一定的局限性与很高的安全风险。带压封堵必须经过专业培训合格后的人员方可进行操作，作业前要充分考虑介质特性并落实好安全措施。本项措施利用压板与阀体内的空间，将阀体端面、填料函与压板之间的间隙焊接加固带压封堵，不仅能够保证强度，而且避免了制作堵漏胎具，节约了成本，缩短了堵漏时间。
        （4）材质升级。普遍采用新型的柔性石墨材料。它是由天然石墨经过特殊化学处理、热处理加工而成的,具有良好的耐腐蚀性,可耐高温、高压,并具有一定的回弹性,能够补偿应力松弛,其压缩率可达20%,回弹率达40%,可以在-20～550℃环境中稳定使用,密封效果较佳。石墨坡形环根据介质压力不同选用不同的结构形式。
        三、结论及建议
        正常生产过程中,自密封高温高压阀门的坡形环若出现轻微泄漏,必须立即对顶盖螺栓进行紧固,一旦泄漏扩大,则在线无法处理,只能采取将压盖与阀体环向焊死办法。需要强调的是,焊接部位属于阀门的关键部位,焊接工艺的选择直接影响到阀门的安全使用,一般情况下需采取措施进行焊前预热和焊后热处理,以消除焊接残余应力,减少焊后出现开裂的几率。自密封阀门结构复杂,各零部件布置紧凑,尺寸大小相得益彰。拆卸时务必耐心仔细,安装时更应重视装配精度,如果不注重其质量检验工作,即使阀门修复后试压合格,也是暂时的,使用也不会太久。因此,必须确保表面粗糙度、形状位置公差、密封面吻合度等符合阀门技术条件要求。一旦密封面受损严重,则需要堆焊高强度硬质合金并进行车削加工,并反复进行热处理及探伤检查,技术复杂,修复难度大。
        参考文献：
        [1]张骥.管道的泄漏及带压堵漏夹具的设计[J].化工设备与管道，2005，（6）：36-39.
        [2]郭庆伟.石油化工装置静密封泄漏因素分析[J].河南化工，2005，22（6）：114-115.
        [3]刘凯.几种实用的带压堵漏技术[J].化工建设工程，2003，（3）：36-39.