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摘要：本文简要介绍了尿素装置中角阀的结构、材料、密封等内容，同时对常见故障进行了简要的分析，探讨了常见故障的处理方法，供相关工程技术人员和检修人员参考。
关键词：角阀 故障 处理方法
1 概述
阀门广泛应用于国民经济各个生产部门的各种管路系统中，用于控制流体的压力、流量和流向等作用。阀门按结构和用途可以分为截止阀、闸阀、球阀、蝶阀、旋塞阀和安全阀等。本文所说的角阀是角式截止阀的简称，它属于截止阀中的一种。角阀广泛用于化肥工业的尿素生产系统和制冷系统中，以我公司为例，在尿素装置中用的角阀共有DN15~DN150等6种规格，约计50余只，它们都是用在中温、高压、强腐蚀的环境中，对尿素生产系统起着非常重要的作用。
2 角阀的结构特点
角阀的介质进出口通道不在同一方向而成90度角（如图1所示），介质流经角阀时改变了流动方向，产生了一定的压力降，其最大的优点是可以将角阀安装在管道的拐角处，既节约了90度弯头，又便于操作，介质流向与阀杆在同一轴线上，因而易于密封。
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图 1 图 2
2．1 连接方式
常见角阀的结构见图1所示，其各个部件的名称见表1。角阀的连接方式焊接和法兰连接两种，螺纹连接的角阀不常见。
2．2 材料
尿素系统中所用的角阀都是安装在尿素管道、液氨和CO2管道上，温度在120~180℃之间，压力在14.0~16.8Mpa之间，角阀承受着中温、高压和强腐蚀介质的共同作用。用在液氨及CO2管道上的角阀材料通常用碳素钢（例如：WCB、WCA、WCC、A105及16Mn等）来制造，用在含有尿素介质的管道上的角阀材料比较特殊，通常用尿素级316L或316L改良型材料316LMOD来制造，这类材料制造的角阀价格都比较昂贵。
表1 角阀主要零部件名称
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表2 阀门压力损失系数
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2．3 垫片密封
角阀的密封垫片通常有金属平垫、压缩石棉垫片、金属缠绕垫片、透镜垫及聚四氟乙烯垫等几种。
金属平垫和透镜垫都是以金属的弹性及塑性变形来补偿法兰密封面的不平度，要求施予螺栓较大的紧固力，且垫片材料的屈服强度必须大大低于法兰密封面材料的屈服强度，密封垫材料通常有08钢、0Cr18Ni9、316L等几种。08钢和0Cr18Ni9一般用在液氨及CO2介质的角阀上，316L一般用在含有尿素介质的角阀上。
压缩石棉垫片和聚四氟乙烯垫都具有橡胶和石棉的特性，很容易补偿法兰密封面的不平度，石棉垫片使用的温度在450℃以下，但它不耐尿素介质的腐蚀，通常用在CO2介质的角阀上。聚四氟乙烯垫使用的温度在200℃以下，对尿素介质具有良好的耐蚀性，广泛地用在液氨及尿素介质的高压管道上的各类角阀中。
金属缠绕垫片是由旋绕的“V”形金属带和叠层之间镶嵌的软质材料组成，缠绕带具有一定程度的弹性，有良好的密封性能，也能补偿兰密封面的微小变形。由于缠绕垫具有良好的弹性，在开停车的过程中由于温度的变化易造成泄漏，一般用在中低压场合及温度变化不大或不频繁的场合，通常不宜作为高压角阀的法兰密封材料。
2．4 阀杆密封
阀杆是带动阀芯使角阀开启和关闭的运动部件。阀杆的密封填料通常使用易压缩的软质填料，一般有膨胀石墨和聚四氟乙烯两种。膨胀石墨填料用于介质腐蚀性不大的CO2和液氨角阀上，聚四氟乙烯填料则用于强腐蚀性的尿素介质的角阀上。
2．5 角阀的密封面
角阀的密封面材料通常有两种，一种是直接在阀体加工出密封面；另一种是在加工的密封面上镀一层很薄的耐腐蚀、耐冲刷的材料，如司太立合金等。第一种密封面材料与阀体一样，比较软，研磨光刀等维修较容易；第二种密封面材料较硬，耐腐蚀和冲刷，但发生损坏后研磨光刀等维修较困难。
2．6角阀的压力损失
通过角阀的流动介质的压力损失可用下式表示：
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其中：Δh—流动介质的压力损失；
K——角阀的压力损失系数，见表2和图2；
V——介质流速；
g——重力加速度，9.8m/s2。
常见的几种截止阀在全湍流的情况下全开启时的压力损失系数见表2。
对部分开启的截止阀的压力损失系数，可用表2中的K值乘以图2读出的K1值而得。由此可知，在同样开启状态下90°角式截止阀的压力损失系数在三种截止阀中是最小的，因而产生的压力降也是最小的，这也是角阀广泛应用于合成氨尿素工业中的一个重要原因。
3 角阀常见鼓掌及处理方法
3．1 连接法兰泄漏
连接法兰密封垫泄漏主要是由于密封垫失效、密封面失效或螺栓因温升而伸长造成的，如果泄漏较小，，可以用紧固螺栓的方法来消除泄漏，如果泄漏较大，导致垫片失效，则应及时更换密封垫片。由于角阀的介质通常是高压和强腐蚀，采取带压堵漏的方法通常不可取。
3．2 阀体泄漏
阀体泄漏主要是指阀体的开裂、腐蚀穿孔、磨损等原因导致的角阀外漏，这种情况一般不常见，加强对使用中的角阀外观检查和内部宏观检查，发现裂纹、腐蚀、磨损等缺陷及时处理或更换是有效预防阀体外漏的重要手段。
3．3 垫片泄漏
垫片和紧固螺栓由于在温度升降过程中会产生热胀冷缩，会产生微小变形，垫片在使用过程中就会出现泄漏，这也是角阀产生外漏的一个重要因素。如果泄漏较小，可以用紧固螺栓的方法来消除泄漏，如果泄漏较大，导致垫片失效，则应及时更换密封垫片。
3．4阀杆填料泄漏
由于阀杆经常开闭，是运动部件，会导致填料磨损，间隙增大，因而产生泄漏，这也是角阀产生外漏的另一个重要因素。填料泄漏时，可以通过紧固填料压盖螺栓的方法来消除泄漏。每次在检修角阀时，都应检查填料的磨损和挤压情况，如果磨损严重或挤压变形大，则应全部更换填料；如果磨损或挤压变形小，可采用添加填料或部分更换的方法解决，这是预防角阀阀杆填料泄漏的重要手段。
对于维修、更换或新安装的角阀在使用前进行强度试验，在温升过程中对角阀法兰螺栓和填料压盖螺栓热紧，也可有效消除角阀的外漏。
3．5 密封面内漏
造成密封面内漏的原因有二种：一是阀芯密封失效；二是阀座密封失效。只要二者有其一发生，就会造成密封面泄漏。阀芯的密封失效通常是由于介质的腐蚀、冲刷以及杂物挤压产生的凹坑等，只需重新加工阀芯的密封面即可。阀杆的腐蚀和冲刷只要不影响填料的密封，可不进行处理，否则要进行表面加工或整体更换阀杆。阀座密封失效的原因与阀芯密封失效的原因相同。由于角阀的价格昂贵，阀座密封失效后一般采取修复的方式，常用的修复方法有机械光刀和机械研磨。
机械光刀是将整个刀架固定在阀体的密封端面上，将刀片或研磨砂轮装在刀架下部，拧紧螺母5和6，使刀片紧贴密封面，以阀体内壁为基准面，转动手轮，开始光刀或研磨，见示意图3所示。
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图3
机械研磨与机械光刀的原理方法一样，只是不经过光刀。密封面表面如果只有轻微划痕、起毛等表面缺陷，可以只进行研磨，消除缺陷即可；如果密封面表面缺陷较深，仅经过研磨消除不了缺陷，就要采用先机械光刀后再机械研磨的方法。机械光刀是消除缺陷，机械研磨是保证密封面的光洁度。由于机械光刀和研磨是以角阀内壁为加工基准面，可以保证阀芯、阀杆的密封是在同一轴线上。该方法已多次使用在公司尿素装置的高压角阀的修理中，都取得了较好的效果。
四 结束语
角阀是化肥工业中尿素系统的高压管道上的重要部件，维护其正常使用对尿素生产具有重要的作用，通过上文所述，在有效的预防和处理角阀常见的各种故障方面得出以下几点结论：
1．阀体、阀芯及阀杆材料的正确选用是角阀正常使用的基本条件；
2．新安装或维修过的角阀在使用前进行泄漏试验，并仔细检查填料的磨损情况，升温过程中对法兰螺栓和填料压盖螺栓进行热紧，可以有效的防止角阀外漏；
3．对角阀的阀座、阀芯密封面采用专用工具进行机械光刀和研磨，取得了良好的效果，使角阀可以多次重复使用，减少了角阀的更换次数，节约了角阀更换的费用，降低了生产成本。
参考文献：
1．陆培文等编著 《阀门选用手册》 机械工业出版社 2001年5月第一版；
2．《日产2300吨尿素工艺手册》 2002年4月发行。