進口硬密封球閥的故障分析和排除
金屬硬密封球閥越來越多地應(yīng)用于石油化工、長輸管線等領(lǐng)域，而其應(yīng)用介質(zhì)在油、氣、水的基礎(chǔ)上增加了煤粉、煤渣、渣漿及硅粉等高黏結(jié)性、高硬度的固體顆粒。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性，應(yīng)用于此類介質(zhì)的球閥使用一段時間后，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀，開關(guān)不到位等故障。當(dāng)球閥卡澀、開關(guān)不到位等情況出現(xiàn)時，執(zhí)行器的持續(xù)輸出力可能對整閥主要操作件造成破壞，閥門被迫下線維修，進而影響整個生產(chǎn)線。
目前，不管是進口品牌硬密封球閥，如美國威盾VTON，BURGMANN、ARGUS、德國力特LIT，NELES、VTI、MOGAS等，還是國內(nèi)生產(chǎn)的硬密封球閥，應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)工段時，均容易出現(xiàn)內(nèi)漏和卡澀現(xiàn)象。為了增加系統(tǒng)在線正常運行的時間，對金屬硬密封球閥結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，優(yōu)化后的安特威金屬硬密封球閥在含固體顆粒介質(zhì)工段的運行效果良好。
硬密封球閥的故障分析作為一種常見的球閥之一，已越來越廣泛應(yīng)用于石油化工、長輸管線等領(lǐng)域，但是長時間在高溫，強腐蝕的環(huán)境下使用會給球閥本身帶來極大的損害，在這個過程中，經(jīng)常會因為各種原因使得閥門發(fā)生故障，最主要的故障主要分成技術(shù)故障和非技術(shù)故障兩種，硬密封球閥在使用工況上比軟密封球閥要嚴苛很多，高溫、強腐蝕以及粉塵、顆粒、泥漿等介質(zhì)對硬密封球閥的持續(xù)使用造成了相當(dāng)大的障礙。在硬密封球閥的使用過程中，常常應(yīng)為工況或者人為的原因?qū)е麻y門出現(xiàn)故障而被迫維修。了解閥門故障產(chǎn)生的原因，并找到預(yù)防故障的方法，對于閥門行業(yè)工作者和產(chǎn)品使用者來說，都是必要且有效的。
深圳名閥的技術(shù)人員針對美國威盾VTON的硬密封球閥的特征對硬密封球閥進行分析。并從客戶使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，拓展硬密封球閥產(chǎn)品設(shè)計及附屬配備應(yīng)注意的問題，并提出改善的方向。
從產(chǎn)品的使用角度來分類，硬密封球閥故障大致可以分為以下兩類：非技術(shù)類故障以及技術(shù)類故障。
1 非技術(shù)類故障
此類故障是與技術(shù)無關(guān)的，即并非閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題或者內(nèi)部零件運行發(fā)生故障。因此，其故障原因一般是由外界條件導(dǎo)致。
1.1 球閥選型的錯誤
有的客戶在選擇閥門型號的時候，由于對產(chǎn)品使用工況缺乏了解，或者處于成本的考慮，選擇的閥門不能滿足工況下工作溫度、工作壓力、介質(zhì)腐蝕性、沖蝕性的要求，導(dǎo)致閥門一旦投入使用，就迅速出現(xiàn)故障。
因此，在選型過程中，客戶方或者設(shè)計院一定要把產(chǎn)品的使用可靠性放在，因此成本原因選擇過于低端的產(chǎn)品，產(chǎn)生故障造成損害，反而得不償失。這一點在工況嚴苛的硬密封球閥選型中，尤為重要。
1.1.1 球座密封面噴涂硬質(zhì)合金面選材錯誤
硬密封球閥的性能關(guān)鍵在于鋼球、閥座的表面硬化處理。為了保證金屬對金屬的密封，硬密封球座之間密封比壓力遠大于普通球閥，這使金屬材料間容易出現(xiàn)咬合或者拉傷，這兩種情況都會直接導(dǎo)致球閥無法正常使用。目前應(yīng)用泛，的球座表面硬化方法是噴涂硬質(zhì)合金技術(shù)（主要是鎳基合金和鉻基合金），硬密封球閥的鋼球和閥座噴涂層很大程度上決定了球座密封面的使用性能和壽命，因此在實際復(fù)雜的工況中，要根據(jù)實際情況選擇硬質(zhì)合金層。
硬質(zhì)合金層的選擇大致有兩個方向：一是追求其硬度，高硬度合金層耐磨損，耐沖蝕性能較強，常用于存在細小，堅硬的固體顆粒介質(zhì)工況（如煤化工、多晶硅行業(yè)）；二是追求其耐腐蝕性能，有些強腐蝕性介質(zhì)下，耐腐蝕合金層可以有效保護球座內(nèi)部基材，從而延長壽命，常用于強腐蝕性介質(zhì)工況（如石化、造紙行業(yè)）。硬密封球閥材料選型中，其球座密封面噴涂硬質(zhì)合金層的材料是重中之重，一定不能選擇與工況、使用介質(zhì)條件不匹配的硬質(zhì)合金。
1.1.2 球閥一些內(nèi)件選材與工況溫度不符
硬密封球閥中，有一些內(nèi)件的選材是與其使用工況溫度或介質(zhì)溫度密切相關(guān)的，比如填料、密封墊圈、閥桿護套等等．選擇硬密封球閥一般有兩種原因，一是工況溫度較高，軟密封閥座無法承受，二是介質(zhì)磨蝕能力、沖蝕能力較強，軟密封閥座不夠堅硬．可見硬密封球閥不等于高溫球閥，在某些工況中，它的使用溫度并不一定很高。
當(dāng)介質(zhì)溫度低于200℃時，填料、密封墊圈（包括體蓋密封墊圈、下閥桿密封墊圈、中法蘭密封墊圈等），閥桿護套等都可以選擇用合成塑料。這種配置與軟密封球閥中相關(guān)配件的配置類似。
當(dāng)介質(zhì)溫度高于200℃時，填料需要選用石墨（石墨耐溫性能強，高溫下性能基本無變化），密封墊圈一般選用金屬絲包裹在石墨圈外圍（用石墨密封，金屬絲定型），閥桿護套也要換成金屬材料。
所以，在硬密封球閥的選型過程中，工況溫度或介質(zhì)溫度是一定要作為必要因素之一來決定選型方向的。錯誤的內(nèi)件選擇，輕則造成成本浪費，重則導(dǎo)致閥門失效，無法使用。
1.3 其他非技術(shù)型故障
除了以上常見的選型錯誤導(dǎo)致的非技術(shù)型故障，在硬密封球閥的實際使用過程中，由于安裝的方向、步驟等沒有按照規(guī)范，也可能產(chǎn)生使用故障，因此在閥門的使用過程中，應(yīng)遵照說明書，把該連接的位置連接好，確保。
2 技術(shù)類故障
前文提到的非技術(shù)類故障都是人為因素造成的，來源于主觀原因，如果是足夠謹慎或者經(jīng)驗足夠豐富，是*可以避免的，其故障產(chǎn)生原因與閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無關(guān)系。而技術(shù)類故障。顧名思義，它是由于目前硬密球閥的技術(shù)還不夠完善造成的，很多時候我們只能盡量去減小它所帶來的影響，而很難*消除。當(dāng)然，如果一個使用壽命為3個月的硬密封球閥，經(jīng)過故障排除或者預(yù)防，能夠?qū)勖娱L至半年，那即使故障不能*杜絕，也已經(jīng)可以被認為是成功的。
2.1 球閥密封面破壞引起的泄漏
1、對于硬密封球閥，密封面破壞引起泄漏，來說，密封面是影響整個閥門工作最重要的部位，因為球閥是啟閉件，它主要是靠鋼球在閥座上開啟或者關(guān)閉進行工作的，如果在開啟或者關(guān)閉的過程中造成密封面的破壞，那密封面處就可能發(fā)生泄露，進而造成閥門的內(nèi)漏。
2.1.1 閥座彈簧的合理選用
硬密封球閥與軟密封球閥的區(qū)別在于，鋼球與閥座都是金屬材料，不同于軟密封鋼球是金屬，而閥座是非金屬。因此，密封機理也有所不同，軟密封球閥密封原理是：鋼球與閥座之間的密封力導(dǎo)致非金屬閥座發(fā)生形變，將閥座與鋼球之間凸凹不平的線接觸轉(zhuǎn)變成接觸，同時軟密封閥座被擠壓變形后，與鋼球表面進一步契合，補償鋼球表面的凸凹不平處，如果鋼球與閥座的擠壓變形大一些或小一些，對密封性能影響不大；而硬密封球閥的密封原理是，鋼球與閥座之間的密封力很難使金屬閥座發(fā)生形變，因此，需要用更大的密封力（相較于軟密封球閥來說）來使閥座密封面產(chǎn)生形變，從而達到鋼球和閥座的契合，從而達到密封，但這種形變僅僅是細微的，如果鋼球閥座的擠壓力稍有變化，則可能無法密封。從兩種機理的不同不難得出兩個結(jié)論：一、硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大；二、硬密封球閥對于密封的調(diào)節(jié)功能要弱于軟密封球閥。
由于硬密封球閥鋼球和閥座間擠壓力更大，在球閥進行啟閉轉(zhuǎn)換時，金屬鋼球和金屬閥座之間產(chǎn)生滑動摩擦，根據(jù)材料力學(xué)可以得知，硬度相近的金屬間進行滑動摩擦很可能會拉傷密封面（在密封面產(chǎn)生劃痕）。在硬密封球閥中，一般采用在閥座后加彈簧（碟簧或柱簧）來對比壓力進行微調(diào)。這樣，一定程度上使密封力在一定范圍內(nèi)，都能達到密封。
2.1.2 球閥閥座壓環(huán)的調(diào)節(jié)作用
前文分析了彈簧的調(diào)節(jié)作用，彈簧的彈性與壓縮量是呈線性或者二次曲線函數(shù)關(guān)系的，且有效值范圍很短，所以僅僅在極細微小的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。當(dāng)閥門出現(xiàn)泄漏而且比壓力高出標(biāo)準或者低于標(biāo)準閥位較大時，需要通過安裝在閥座后面的閥座壓環(huán)厚度來調(diào)節(jié)。
2.1.3 工況原因造成的球閥密封面泄漏
事實上，對于硬密封球閥的作用，造成的困擾不是技術(shù)上的問題，即使設(shè)計的足夠精密，在實際使用過程中，仍然會處一些問題，這種問題一般出現(xiàn)在煤化工行業(yè)，多晶硅行業(yè)，這些工況的共同特征是，介質(zhì)不是由單一的氣體或液體組成，其中有大量的固體顆粒，這些固體顆粒對鋼球和閥座的流道口造成強烈的沖刷，甚至穿過流道口進入密封面，就能對密封面造成致命性的破壞。
對于這種情況導(dǎo)致的閥門返修情況占了維修量的20%以上。英密封球閥的鋼球和閥座密封面要求很高，一旦劃痕超過0.1mm，基本上就沒有再研磨利用的可能，使用一旦出現(xiàn)這種情況，往往就是球座同時報廢．所以應(yīng)盡量把這種情況減少到。
將閥座密封面兩側(cè)修出兩個階梯，即為“雙刮刀“結(jié)構(gòu)，兩側(cè)的階梯就像兩把刮刀，在鋼球啟閉的過程中，可以有效的刮除吸附在鋼球上的固體顆粒，避免其進入密封面。當(dāng)然，這種閥座一般僅用于工況固體顆粒較多的情況，對于水、汽介質(zhì)，刮刀結(jié)構(gòu)減小閥座強度，且增加加工成本，沒必要。
2.2 球閥扭力值過大
經(jīng)統(tǒng)計，密封面泄漏在故障總量中占到20%，而扭力過大問題，在故障中至少占40%的幾率．硬密球閥由于其特殊的密封機理，扭力本來就比同規(guī)格軟密封球閥要大3－4倍，在泥濘，粉塵等吸附能力的介質(zhì)工況下，固液混合物吸附在鋼球和閥座密封面的外部，造成鋼球啟閉時扭力極大，甚至出現(xiàn)“卡死“現(xiàn)象，如果強行啟閉，甚至造成閥桿扭壞。
目前并沒有找到完善的解決辦法．大多數(shù)情況都是拆卸維修，刮除泥漿。預(yù)防方面，可以從以下幾個方面著手：
①“雙刮刀”結(jié)構(gòu)，刮除泥漿，遠離密封面。
②流道口形狀盡量做成流線型，棱角處更容易積聚泥沙。
③采用自動驅(qū)動器驅(qū)動，一是加快啟閉速度，減少泥漿沖蝕、黏附密封面時間。二是安全作用，因為驅(qū)動器的扭力是有上限的，當(dāng)鋼球卡死，不至于強行扭壞閥桿或割傷密封面。
3 結(jié)語
綜上所述，硬密封球閥生產(chǎn)精度要求高，工況惡劣，要想使硬密封球閥能夠少出故障，保持較長壽命，需要把握以下幾個方面：
①設(shè)計、選型要結(jié)合實際工況，選擇合適的材料，結(jié)構(gòu)。
②生產(chǎn)過程要嚴格把握精度，出廠做好每一步測試。
③使用過程中要嚴格按照產(chǎn)品生產(chǎn)說明書。
④常做檢查維護，如果出現(xiàn)問題及時維修或更換，以免出現(xiàn)安全事故。
金屬硬密封球閥應(yīng)用于煤粉、煤渣、渣漿及硅粉等固體顆粒介質(zhì)時，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀、開關(guān)不到位等故障。美國威盾VTON的硬密封球閥通過優(yōu)化球閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計生產(chǎn)出來的球閥具有壽命長，耐高溫、耐磨損和耐沖刷等特點，已廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、腐蝕以及結(jié)晶、沉淀性介質(zhì)工況，如煤化工的鎖煤閥、鎖渣閥、鎖灰閥以及各自的輸送、放空或平衡管線上。
深圳名閥進出口貿(mào)易有限公司，為美國威盾VTON閥門，德國力特LIT閥門有限公司的一級代理商，負責(zé)美國威盾VTON，德國力特LIT球閥產(chǎn)品銷售推廣、技術(shù)支持與服務(wù)，主要的球閥的產(chǎn)品有：進口高溫球閥，進口金屬硬密封球閥，進口高壓球閥，進口硬密封球閥，進口高溫硬密封球閥，進口高壓硬密封球閥，進口高溫高壓硬密封球閥等；
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