閥門(mén)泄漏造成的影響和解決對(duì)策
發(fā)布時(shí)間:2018/6/30
我國(guó)閥門(mén)產(chǎn)業(yè)正穩(wěn)步提升，相對(duì)應(yīng)的，北美和歐盟作為閥門(mén)產(chǎn)品的傳統(tǒng)市場(chǎng)，雖然目前仍然占據(jù)了全球閥門(mén)市場(chǎng)的較大市場(chǎng)份額，但是在增速方面將趨于放緩。據(jù)分析報(bào)告預(yù)計(jì)，未來(lái)3年我國(guó)閥門(mén)主導(dǎo)產(chǎn)品出口增長(zhǎng)速度平均在25%左右。企業(yè)要抓住這一歷史機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展，助推我國(guó)閥門(mén)制造產(chǎn)業(yè)從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)！
閥門(mén)泄漏造成的損失
石化工業(yè)生產(chǎn)中閥門(mén)泄漏，所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境的污染程度又因介質(zhì)的特性的不同而有所不同。如果是氣體介質(zhì)，則很容易在空氣中擴(kuò)散傳播，其污染半徑就會(huì)較大。液體介質(zhì)則會(huì)通過(guò)對(duì)地面的滲透產(chǎn)生污染，也可能通過(guò)明溝或暗溝流人排洪渠，污染江河湖泊及其他環(huán)境。1984年12月3日凌晨，印度博帕爾農(nóng)藥廠一個(gè)裝有45t液態(tài)劇毒筒氛酸甲醋的儲(chǔ)罐中的劇毒藥液沖破閥門(mén)泄漏出來(lái)，傾刻間化為濃重的煙霧飄散在人口稠密的博帕爾市區(qū)，在短短幾天里，毒氣就奪走了2800人的生命，使52萬(wàn)多人受到不同程度的毒害，其中有10萬(wàn)多人終生殘廢。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站因?yàn)橐粋�(gè)閥門(mén)的問(wèn)題而釀成空前的災(zāi)難，不僅造成了重大的人員傷亡，所造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境破壞也難以估量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，工業(yè)裝置中約20%的閥門(mén)存在泄漏問(wèn)題，所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占總損失的5%0在石化行業(yè)中，以一套5000kt/a規(guī)模的常減壓裝置為例，一般情況下有5000個(gè)左右的閥門(mén)，由其中20%的閥門(mén)泄漏所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境造成的污染的確不可小覷，如果從整個(gè)石化行業(yè)來(lái)看，情況就更嚴(yán)重了。
解決對(duì)策
優(yōu)化設(shè)計(jì)選型
能否將閥門(mén)泄漏的程度降到最低、使用壽命達(dá)到最長(zhǎng)，取決于閥門(mén)設(shè)計(jì)選型是否合理、密封形式的選用、閥門(mén)的產(chǎn)品質(zhì)量、安裝施工及生產(chǎn)操作是否合乎規(guī)范等，而且很大程度上是取決于閥門(mén)設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化。
閥門(mén)設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化，牽涉到閥門(mén)形式的選擇、閥門(mén)本身的設(shè)計(jì)及制造、閥門(mén)材料的選用等多方面的問(wèn)題。選擇閥門(mén)形式時(shí)，要從工藝條件的要求和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求等角度進(jìn)行全面優(yōu)化考慮。閥門(mén)的用途、介質(zhì)的溫度、壓力、流速、壓降以及介質(zhì)的腐蝕性等，都直接影響到閥門(mén)的選型，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性，選擇制造閥門(mén)所使用的材料。根據(jù)施工和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，閥門(mén)的選用除了滿足有關(guān)工藝要求、設(shè)計(jì)規(guī)范外，還應(yīng)充分考慮各種具體情況，使其盡可能與操作條件相匹配，最大限度地滿足使用要求。
對(duì)于液體、氣體或兩相流體，使用閘閥或截止閥與使用球閥相比，其效果會(huì)有明顯的不同。球閥的氣密性?xún)?yōu)于閘閥和截止閥，開(kāi)啟和關(guān)閉的速度也要迅速得多，但使用溫度范圍卻大大小于閘閥和截止閥。一般情況下，大多數(shù)球閥都不能在高溫下使用。而閘閥和截止閥在高溫情況下的性能比較穩(wěn)定。球閥的壓力損失比閘閥和截止閥要小，相比之下截止閥的壓力損失比閘閥的壓力損失要大一些，這是由閥門(mén)內(nèi)在的構(gòu)造形式所決定的。對(duì)于不同的物料流速及調(diào)節(jié)流量的效果，使用不同類(lèi)型的閥門(mén)其效果也會(huì)大不一樣。高速流的情況下一般不宜使用截止閥，因?yàn)樵诟咚倭鞯那闆r下截止閥的壓力損失最大，但截止閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)作用卻比閘閥和球閥要好得多。在選擇閥門(mén)類(lèi)型時(shí)，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性考慮制造閥門(mén)所使用的材料。閥門(mén)所使用的材料必須滿足閥門(mén)工作點(diǎn)的工藝條件的要求。根據(jù)工作點(diǎn)的工藝要求，合理地選用閥芯和閥體的材料，可以延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命而不必大幅度增加費(fèi)用。單純地追求高等級(jí)的材質(zhì)只會(huì)造成材料的無(wú)謂浪費(fèi)。
填料函泄漏對(duì)策
由于閥門(mén)填料函密封的泄漏，以及閥體連接部位密封的泄漏，是造成閥門(mén)外漏的關(guān)鍵所在，所以需要特別重視。
傳統(tǒng)的軟質(zhì)填料密封，是靠填料壓蓋的軸向壓力，使之在閥桿與填料以及填料與填料箱側(cè)壁之間，產(chǎn)生一定的徑向接觸應(yīng)力而達(dá)到密封的。因此，壓蓋的軸向力必須相當(dāng)大，這就造成填料與閥桿之間摩擦轉(zhuǎn)矩增大、磨損增加、軟質(zhì)密封填料磨損快，因而須經(jīng)常擰緊壓蓋螺栓或更換填料，才能保證較好的密封效果。
采用合適的填料密封及填料密封組合，可提高閥門(mén)使用的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。如柔性石墨環(huán)填料的組合使用，比只用柔性石墨環(huán)填料的密封效果好。目前在國(guó)內(nèi)采用單一柔性石墨環(huán)填料的情況比較多；而在國(guó)外，采用柔性石墨環(huán)填料組合的使用方法已開(kāi)始流行，并且取得了良好的效果。
消除閥體連接部位的泄漏
閥體連接部位密封，就其密封性質(zhì)而言屬于靜密封，其應(yīng)滿足下列要求：
（1）能適應(yīng)溫度和壓力的急劇變化；
（2）多次拆卸而不損壞密封元件；
（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，金屬消耗量少；
（4）對(duì)振動(dòng)和沖擊載荷不敏感；
（5）能滿足各種工作介質(zhì)的使用要求。
閥體的連接部位，通常采用樺槽式或凹凸式平墊片密封，近年來(lái)，“O”形密封圈密封，也獲得了廣泛的應(yīng)用。
禪槽式平墊片密封，是將平墊片安裝在封閉槽中，這種結(jié)構(gòu)在密封面上，可產(chǎn)生很高的密封比壓，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)墊片材料的屈服極限，從而保證了可靠的密封性。其適用于壓力大于等于4.OMPa的中高壓閥門(mén)。這種密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：當(dāng)拆卸閥門(mén)時(shí)，墊片難于從密封槽中取出，如果硬性取出，往往會(huì)將墊片損壞。
凹凸式平墊片密封，是將平墊片安裝在凹凸面法蘭的密封面上，與樟槽式平墊片密封結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）拆卸閥門(mén)時(shí)，墊片容易取出；（2）由于密封槽呈階梯狀，因此加工工藝性能較好。
平墊片的材料，根據(jù)工藝參數(shù)和流體性質(zhì)，可選用鋁、紫銅、1Cr18Ni9Ti和橡膠石棉板等。氟塑料也是常用的墊片密封材料，但由于其具有冷流性，如果密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，將導(dǎo)致不良后果。
“O”形密封圈，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，只要密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，裝配后就能產(chǎn)生足夠的徑向擠壓變形，可不必軸向加載即可達(dá)到密封，因此，將其用作法蘭連接密封，可以減小法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，從而減輕閥門(mén)的重量。
對(duì)于低壓小通徑閥門(mén)，為減小閥體結(jié)構(gòu)尺寸和重量，閥體一般采用內(nèi)螺紋連接，而連接處的密封元件也可采用平墊片或“O”形密封圈。
閥桿泄漏對(duì)策
閥桿是閥門(mén)中重要的受力零部件，閥桿材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕，耐擦傷，工藝性能好。為了提高閥桿表面耐腐蝕、耐磨損的性能，一般應(yīng)對(duì)其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。目前，制造閥桿的材料，國(guó)內(nèi)大部分使用馬氏體不銹鋼，但這種不銹鋼耐縫隙腐蝕能力較弱，這是由于酸性物質(zhì)的作用，使閥桿表面的鈍化膜破壞而產(chǎn)生的局部腐蝕，因此最好采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，可以增強(qiáng)閥桿耐縫隙腐蝕的能力，從而使閥桿處的泄漏得到有效的控制。
在石化工業(yè)生產(chǎn)中閥門(mén)的泄漏是不容忽視的問(wèn)題，它對(duì)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及對(duì)環(huán)境都會(huì)帶來(lái)重大的影響。消除閥門(mén)泄漏的關(guān)鍵在于優(yōu)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的工藝條件合理選擇閥門(mén)的材料，提高閥門(mén)在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制水平，以及根據(jù)工藝操作系統(tǒng)優(yōu)化閥門(mén)的選型。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是新材料的出現(xiàn)，一些新結(jié)構(gòu)的閥門(mén)已投入使用，它們性能好、壽命長(zhǎng)，可滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。
閥門(mén)泄漏造成的損失
石化工業(yè)生產(chǎn)中閥門(mén)泄漏，所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境的污染程度又因介質(zhì)的特性的不同而有所不同。如果是氣體介質(zhì)，則很容易在空氣中擴(kuò)散傳播，其污染半徑就會(huì)較大。液體介質(zhì)則會(huì)通過(guò)對(duì)地面的滲透產(chǎn)生污染，也可能通過(guò)明溝或暗溝流人排洪渠，污染江河湖泊及其他環(huán)境。1984年12月3日凌晨，印度博帕爾農(nóng)藥廠一個(gè)裝有45t液態(tài)劇毒筒氛酸甲醋的儲(chǔ)罐中的劇毒藥液沖破閥門(mén)泄漏出來(lái)，傾刻間化為濃重的煙霧飄散在人口稠密的博帕爾市區(qū)，在短短幾天里，毒氣就奪走了2800人的生命，使52萬(wàn)多人受到不同程度的毒害，其中有10萬(wàn)多人終生殘廢。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站因?yàn)橐粋�(gè)閥門(mén)的問(wèn)題而釀成空前的災(zāi)難，不僅造成了重大的人員傷亡，所造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境破壞也難以估量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，工業(yè)裝置中約20%的閥門(mén)存在泄漏問(wèn)題，所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占總損失的5%0在石化行業(yè)中，以一套5000kt/a規(guī)模的常減壓裝置為例，一般情況下有5000個(gè)左右的閥門(mén)，由其中20%的閥門(mén)泄漏所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)環(huán)境造成的污染的確不可小覷，如果從整個(gè)石化行業(yè)來(lái)看，情況就更嚴(yán)重了。
解決對(duì)策
優(yōu)化設(shè)計(jì)選型
能否將閥門(mén)泄漏的程度降到最低、使用壽命達(dá)到最長(zhǎng)，取決于閥門(mén)設(shè)計(jì)選型是否合理、密封形式的選用、閥門(mén)的產(chǎn)品質(zhì)量、安裝施工及生產(chǎn)操作是否合乎規(guī)范等，而且很大程度上是取決于閥門(mén)設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化。
閥門(mén)設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化，牽涉到閥門(mén)形式的選擇、閥門(mén)本身的設(shè)計(jì)及制造、閥門(mén)材料的選用等多方面的問(wèn)題。選擇閥門(mén)形式時(shí)，要從工藝條件的要求和設(shè)計(jì)規(guī)范的要求等角度進(jìn)行全面優(yōu)化考慮。閥門(mén)的用途、介質(zhì)的溫度、壓力、流速、壓降以及介質(zhì)的腐蝕性等，都直接影響到閥門(mén)的選型，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性，選擇制造閥門(mén)所使用的材料。根據(jù)施工和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，閥門(mén)的選用除了滿足有關(guān)工藝要求、設(shè)計(jì)規(guī)范外，還應(yīng)充分考慮各種具體情況，使其盡可能與操作條件相匹配，最大限度地滿足使用要求。
對(duì)于液體、氣體或兩相流體，使用閘閥或截止閥與使用球閥相比，其效果會(huì)有明顯的不同。球閥的氣密性?xún)?yōu)于閘閥和截止閥，開(kāi)啟和關(guān)閉的速度也要迅速得多，但使用溫度范圍卻大大小于閘閥和截止閥。一般情況下，大多數(shù)球閥都不能在高溫下使用。而閘閥和截止閥在高溫情況下的性能比較穩(wěn)定。球閥的壓力損失比閘閥和截止閥要小，相比之下截止閥的壓力損失比閘閥的壓力損失要大一些，這是由閥門(mén)內(nèi)在的構(gòu)造形式所決定的。對(duì)于不同的物料流速及調(diào)節(jié)流量的效果，使用不同類(lèi)型的閥門(mén)其效果也會(huì)大不一樣。高速流的情況下一般不宜使用截止閥，因?yàn)樵诟咚倭鞯那闆r下截止閥的壓力損失最大，但截止閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)作用卻比閘閥和球閥要好得多。在選擇閥門(mén)類(lèi)型時(shí)，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性考慮制造閥門(mén)所使用的材料。閥門(mén)所使用的材料必須滿足閥門(mén)工作點(diǎn)的工藝條件的要求。根據(jù)工作點(diǎn)的工藝要求，合理地選用閥芯和閥體的材料，可以延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命而不必大幅度增加費(fèi)用。單純地追求高等級(jí)的材質(zhì)只會(huì)造成材料的無(wú)謂浪費(fèi)。
填料函泄漏對(duì)策
由于閥門(mén)填料函密封的泄漏，以及閥體連接部位密封的泄漏，是造成閥門(mén)外漏的關(guān)鍵所在，所以需要特別重視。
傳統(tǒng)的軟質(zhì)填料密封，是靠填料壓蓋的軸向壓力，使之在閥桿與填料以及填料與填料箱側(cè)壁之間，產(chǎn)生一定的徑向接觸應(yīng)力而達(dá)到密封的。因此，壓蓋的軸向力必須相當(dāng)大，這就造成填料與閥桿之間摩擦轉(zhuǎn)矩增大、磨損增加、軟質(zhì)密封填料磨損快，因而須經(jīng)常擰緊壓蓋螺栓或更換填料，才能保證較好的密封效果。
采用合適的填料密封及填料密封組合，可提高閥門(mén)使用的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。如柔性石墨環(huán)填料的組合使用，比只用柔性石墨環(huán)填料的密封效果好。目前在國(guó)內(nèi)采用單一柔性石墨環(huán)填料的情況比較多；而在國(guó)外，采用柔性石墨環(huán)填料組合的使用方法已開(kāi)始流行，并且取得了良好的效果。
消除閥體連接部位的泄漏
閥體連接部位密封，就其密封性質(zhì)而言屬于靜密封，其應(yīng)滿足下列要求：
（1）能適應(yīng)溫度和壓力的急劇變化；
（2）多次拆卸而不損壞密封元件；
（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，金屬消耗量少；
（4）對(duì)振動(dòng)和沖擊載荷不敏感；
（5）能滿足各種工作介質(zhì)的使用要求。
閥體的連接部位，通常采用樺槽式或凹凸式平墊片密封，近年來(lái)，“O”形密封圈密封，也獲得了廣泛的應(yīng)用。
禪槽式平墊片密封，是將平墊片安裝在封閉槽中，這種結(jié)構(gòu)在密封面上，可產(chǎn)生很高的密封比壓，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)墊片材料的屈服極限，從而保證了可靠的密封性。其適用于壓力大于等于4.OMPa的中高壓閥門(mén)。這種密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：當(dāng)拆卸閥門(mén)時(shí)，墊片難于從密封槽中取出，如果硬性取出，往往會(huì)將墊片損壞。
凹凸式平墊片密封，是將平墊片安裝在凹凸面法蘭的密封面上，與樟槽式平墊片密封結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）拆卸閥門(mén)時(shí)，墊片容易取出；（2）由于密封槽呈階梯狀，因此加工工藝性能較好。
平墊片的材料，根據(jù)工藝參數(shù)和流體性質(zhì)，可選用鋁、紫銅、1Cr18Ni9Ti和橡膠石棉板等。氟塑料也是常用的墊片密封材料，但由于其具有冷流性，如果密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，將導(dǎo)致不良后果。
“O”形密封圈，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，只要密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，裝配后就能產(chǎn)生足夠的徑向擠壓變形，可不必軸向加載即可達(dá)到密封，因此，將其用作法蘭連接密封，可以減小法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，從而減輕閥門(mén)的重量。
對(duì)于低壓小通徑閥門(mén)，為減小閥體結(jié)構(gòu)尺寸和重量，閥體一般采用內(nèi)螺紋連接，而連接處的密封元件也可采用平墊片或“O”形密封圈。
閥桿泄漏對(duì)策
閥桿是閥門(mén)中重要的受力零部件，閥桿材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕，耐擦傷，工藝性能好。為了提高閥桿表面耐腐蝕、耐磨損的性能，一般應(yīng)對(duì)其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。目前，制造閥桿的材料，國(guó)內(nèi)大部分使用馬氏體不銹鋼，但這種不銹鋼耐縫隙腐蝕能力較弱，這是由于酸性物質(zhì)的作用，使閥桿表面的鈍化膜破壞而產(chǎn)生的局部腐蝕，因此最好采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，可以增強(qiáng)閥桿耐縫隙腐蝕的能力，從而使閥桿處的泄漏得到有效的控制。
在石化工業(yè)生產(chǎn)中閥門(mén)的泄漏是不容忽視的問(wèn)題，它對(duì)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及對(duì)環(huán)境都會(huì)帶來(lái)重大的影響。消除閥門(mén)泄漏的關(guān)鍵在于優(yōu)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的工藝條件合理選擇閥門(mén)的材料，提高閥門(mén)在生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制水平，以及根據(jù)工藝操作系統(tǒng)優(yōu)化閥門(mén)的選型。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是新材料的出現(xiàn)，一些新結(jié)構(gòu)的閥門(mén)已投入使用，它們性能好、壽命長(zhǎng)，可滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。
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