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石油化工装置阀门密封原理及泄漏原因

发表时间：2020/10/12 来源：《基层建设》2020年第19期作者：周默

[导读] 摘要：阀门是石油化工管道系统中必不可少的元件，是用来保护石油管道，实现装置安全的一个基本元件。

        中海油惠州石化有限公司广东省惠州市 516086
        摘要：阀门是石油化工管道系统中必不可少的元件，是用来保护石油管道，实现装置安全的一个基本元件。对于石油化工炼油装置来说，阀门的安全运行非常重要。换一句话说，阀门密封的好与坏是衡量阀门性能的重要依据。有了阀门，石油化工装置才能正常工作，一旦阀门出现故障，将会导致石油泄漏，将会产生非常严重的后果。本文将根据石油化工装置阀门的密封原理进行分析，分析其泄漏原因，并根据泄漏原因给予一定的解决对策。
        关键词；石油化工；装置；阀门；密封原理；泄漏原因
        石油化工是我们国家最重要的支柱型产业，石油化工产业和国家的经济发展以及人民群众的生活有着不可分割的联系。石油化工行业对于国家的发展所做出的贡献妙不可言，因此，对于石油化工的安全问题就会引起社会各界人士高度的关注。在石油化工装置的整体结构中，阀门是不可缺少的重要元件之一。阀门担负着保护管道，负责装置安全，防止石油泄漏的关键性作用。假设阀门的密封出现故障，就会出现爆炸的危险，甚至对周围环境造成污染。
        一、石油化工装置阀门的密封性原理
        测试阀门的各部位零件的密封性，是评价阀门质量的重要手段。阀门在厂家出厂之前要检查好，做好密封实验，试验的目的是有效防止阀门在石油化工装置上出现泄漏的问题，造成比较严重的后果。阀门的密封主要分为阀盖密封、阀座密封、以及填料密封。
        阀盖密封和填料密封是两个零件部分的连接，比较容易发生介质泄漏的问题，就会造成原材料的浪费，使其污染周围的环境，严重一些会发生爆炸事故，危机人体的生命健康安全，因此，对于阀门的外漏要仔细控制，时刻做好防范工作，不可有一丝一毫的松怠。有填料密封和没有填料密封是防止外泄漏的两种密封方式，没有填料密封的密封性更好，但是造价比较高一些，一旦损坏，那么后果极其严重。有填料密封虽然不如没有填料密封的密封性好，但是成本价格比较低，制作工艺简捷，在石油化工装置中比较常用有填料密封[1]。填料密封又可以分为成型填料密封和软质填料密封，成型填料密封主要是以具有弹性材料为填料，比如橡胶，成型填料的密封性比软质填料的密封性好一些，可用到的填料也会多一些，所以通常使用成型填料密封的比较多一些。而软质填料密封依靠的是材质和填料箱壁的无缝隙接触产生的密封效果，由于在使用过程中的摩擦力度较大，软质填料损耗就会很快，必须要经常更换才能保持良好的密封效果。
        阀座密封主要是阀瓣和发作之间的配合，防止出现内漏的现象，在制作过程中也要避免出现划痕、变形等问题。导致阀门内漏的原因有很多，比如制作工艺不佳、介质腐蚀、密封面变形等等。阀门密封的主要作用是进行关闭，假设一旦密封阀门副出现损坏的问题，那么就会导致管道内泄漏。通常来讲，被管道内物质腐蚀、阀门质量不合格、阀门密封副的常年使用都是造成管道内泄漏的主要影响因素。
        阀体部位连接的密封性一般都是静态密封，阀体部位的密封性必须要做到适应冷热压强的变化、安全装卸、简单实用不复杂、金属含量较少等等，阀体部位的密封性有“O”型密封、槽式密封以及凹凸式密封三种密封形式。“O”型密封有很好的密封性，可以阀门的质量降低，应用“O”型密封方式的也比较多。槽式密封虽然密封性良好，但不好拆卸，在拆卸的过程中容易损坏。凹凸式密封性相比于槽式密封性要优良一些，拆卸过程中也比较方便[2]。
        二、石油化工装置阀门泄漏的原因分析
        石油化工装置中阀门泄露的原因，通常情况可以分为两种原因，一种是外泄漏的原因，另一种就是内泄漏的原因，只有分清楚石油化工装置中阀门泄漏是外泄漏原因还是内泄漏原因，才能提出相应的治理对策，才能进一步稳定石油化工装置安全、正常的进行工作。一般来讲，外泄漏原因会造成更大的污染，会产生爆炸气体，严重的情况下甚至会危及广大人民群众的身体健康安全。下面我们就来简单分析一下石油化工装置阀门泄漏的外泄漏原因以及内泄漏原因。
        1.石油化工装置阀门外泄漏的主要原因
        石油化工装置阀门造成外部泄露的主要原因在于各个零件部位的密封处。第一是阀体出现的外泄漏问题，一般的表现都是阀体出现渗漏，慢慢造成外部泄漏。第二是阀杆处，阀杆是带动开启和关闭阀门的重要部件，阀杆的表面粗糙对于阀杆处的密封性有着极其重大的影响，过大的粗糙度会造成阀杆的不均匀磨损情况。由于阀杆是运动部件，有时候在阀门落下时候与接触面有很大的空隙，或者阀杆被卡住了导致阀门在关闭的过程中出现问题，都会给外部泄露造成一定的机会。阀杆的直度也是造成外部泄露的一个重要原因，如果阀杆的直线度不够好，就会在运动中存有一定的空隙，造成外部泄露的现象发生。阀杆处的泄漏会造成大部分的石油化工产品流失，为周围环境的污染力度也非常大[3]。第三就是在阀体连接的位置上出现泄漏问题，可能是由于密封零部件的尺寸或者类型不符合密封要求，密封面的材料存在着质量方面的问题，以及石油化工管道的相关配置不合理造成的。
        除此之外，还有填料函密封造成的外部泄漏、阀盖处造成的外部泄露。一般来讲，阀盖的密封分为螺纹连接密封和法兰连接密封，造成阀盖处外部泄露的原因有零件的大小尺寸不合适、制作工艺的水准较差、所选用的材料质量不合格等等。填料函的作用是装载材料，如果填充的不紧实，填充物质量不合格，都会造成外部泄露。随着长时间的使用，填充料会出现磨损的现象，也会导致石油化工装置阀门外部泄露。
        3.石油化工装置阀门内泄漏的主要原因
        石油化工装置阀门内部泄漏的主要原因，第一点是在阀门设计和制造上，可能会存在阀门设计和实际要求不符的现象，就会在运作的过程中介质泄漏。其次是在制造上，会存在着制造质量不合格，制作工艺不标准，致使在使用的过程中出现变形等问题，因此，在严密性上就会存在较大问题。与阀门之间发生了空隙，就会使石油化工产品从空隙中流出来，发生泄漏问题。阀门在完成制造之后，在运输的过程中极容易受到损害，在安装和使用的过程中要格外小心密封问题，稍有不慎，就会出现石油化工装置中介质的泄露和流失。最后就是石油化工本身产品的问题，可能是介质堵塞在阀门和接触面的空隙之间，导致阀门关不上，造成泄漏的问题发生[4]。

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        总之，石油化工产品的泄露，终究会以介质的不同形态呈现不同的影响效果，假设是液态介质，那么就会流失到土壤中或者河流中，造成土地污染、土壤酸碱度被破坏，河流水源被污染，生产生活的用水困难，影响附近居民的身体健康状况。假如是气态的介质，那么就会随着空气的传播而不断扩散，形成酸雨、雾霾天气比较严重，对某一地区的生活、生产都造成非常不利的影响。
        三、石油化工装置阀门泄漏的解决对策分析
        1.阀盖连接处的防泄漏措施
        对于阀盖连接处的防泄漏措施，主要是由于密封零件的尺寸大小不一致或者零件的类型和现实不符合石油化工装置的密封要求。因此，在施工过程中，要注意阀盖处零部件的尺寸大小、零部件的类型是否符合要求等等，进而保持良好的阀盖处密封性。在阀盖处密封面的处理问题上，要尽可能地避免出现划痕或者表面有缺陷的问题，一定要保证表面的整齐，谨防在密封空隙中渗漏介质。
        除此之外，阀盖密封结构是属于静态的，受放置缠绕垫片的阀盖以及阀体加工的影响。在生产加工过程中，保证精密加工的同时也要做好防磕碰的准备工作，在阀盖处不允许有一丝一毫的磕碰，划痕出现在上面。另外，放置缠绕垫片的选择也十分重要，现如今大部分放置缠绕垫片都是工厂机器加工生成的，机械生产出来的放置缠绕垫片的力度比较均匀合理，标准规范，质量合格、产检过关，能在加工过程中减少一些不必要的人为因素。但是由于加工放置缠绕垫片的生产厂家的加工技艺参差不齐、鱼龙混杂，例如，在一些小加工、小作坊内的放置缠绕垫片的加工还是采用人工制造，对于放置缠绕力度的掌握完全依附于这么多年积累的经验，在一定程度上无法保证放置缠绕垫片的密封性能[5]。阀盖处和阀体处一般都是采用自封性，使用石墨和金属两种垫子，金属垫子对于填充间隙的效果比较好，但是很容易损坏，所以还是使用石墨垫子，不仅密封性能好，还不容易损坏，实用度极高。
        2.阀门性能优化的措施
        优化阀门性能，通常都会涉及到阀门的设计、制造、以及造型和材料选择上。在阀门的造型选择上，基于阀门的制作工艺和规范设计的角度出发，整体考虑石油化工产品的腐蚀性、压力、温度等基本要点，选择符合设计要求的材料，进而优化阀门的最佳密封性能，满足正常工作的需求，保证石油化工装置能够安全、平稳、流畅的投入工作中使用。阀门的选择形式也比较重要，面对不同的石油化工产品选择不同形式、不同规格的阀门，除了常规的液体介质以外，气体介质在管道流通过程中，选择平面、针形的阀门就会在阻隔效果上不尽如人意，通常都是球形的阀门对于气态介质的阻隔作用非常显著，密封性能良好，开启、关闭的速度也较快，适用的温度范围也比较小。
        根据阀门的使用情况，合理选择耐磨的密封材料，既能很好的提高阀门的使用年限，同时也可以避免石油化工中产出一些杂质对密封性能造成一定的影响。
        3.阀杆处防泄漏的措施
        石油化工装置中阀杆的主要作用是控制阀门的开启和关闭，在开启和关闭的过程中就会不断出现磨损的情况发生，就会导致阀杆处出现泄漏的问题。加入购买的材料质量差，那么损害的程度就会加深。所以，要想解决此类问题，首先就要从介质的腐蚀性考虑，针对不同的介质采用不同材质的阀杆材料，选择合适的、表面经过处理的材料，通常表面处理都是进行热处理，或者直接在表面镀一层金属，这种方法能够较好地提高阀杆的耐磨度，但唯一的缺点就是成本太高。另外，提高阀杆的密封性还可以加强密封零部件的工艺水准，提高自身的耐磨性，或者使用合适的填充物质材料皆可。
        4.填料密封的解决措施
        石油化工装置中阀门的使用材料一般都是石墨压缩而成的，填料和阀杆进行接触，产生摩擦。在提高阀杆光洁度的同时减少摩擦，可以降低对填料的磨损，增加其使用年限。或者增加填料螺栓部分的碟簧顶紧装置，进而提高填料螺栓部分的顶紧力，即便是长时间使用导致阀门的螺栓松动，填料螺栓部分也会通过碟簧顶紧位置进行补救，始终都可以给石墨填料提供一定的作用力。填料螺栓部分这样的机构通常比较适用于高温、高压下的工作，稳定性能极好，受到业内人士的一致好评。在我们国家，石油化工装置阀门大多采用分体式，对填料产生的压力能够保持均衡，不断提高填料函的制造工艺也是提高阀门密封性的解决办法之一，需要石油化工的技术人员不断钻研。
        结束语
        总而言之，石油化工中的阀门装置对密封性能的要求非常严格，一旦出现阀门漏气的现象发生，就会导致石油泄漏，不仅污染周围环境，如果有毒性气体也随之泄漏，对人体也会造成一定的伤害。因此，在进行阀门设计选择的时候，要合理选择其材料和结构，在使用过程中也要定期检查和维修，对于一些破损、陈旧的零部件，要及时更换，确保阀门能够安全正常的工作，保证其密封性能良好，进而才能促进石油化工管道系统能够安全、稳定的运行。
        参考文献：
        [1]李永健.石油化工装置阀门密封原理及泄漏原因思考[J].建筑工程技术与设计，2018，000（011）：1993.
        [2]张峰，吕纯平.石油化工装置阀门密封及泄漏问题[J].化工设计通讯，2018，44（12）：135.
        [3]张保鹏.石油化工装置阀门密封与泄漏问题探讨[J].建筑工程技术与设计，2018，000（023）：5789.
        [4]周锋.浅析石油化工装置中密封垫片失效泄漏原因[J].中国设备工程，2019，000（010）：98-99.
        [5]陈常福.石油化工装置泵类机械密封泄漏原因分析与应对措施[J].建筑工程技术与设计，2018，000（030）：3724.
        作者简介：
        周默（1992~），男，吉林白城人，汉族，大学本科，助理工程师，从事机械设备研究。