控制閥閥桿的新型密封方法

1、引言 

    控制閥是自動控制系統中非常重要的一個環節，猶如人的手和腳。控制閥調節流體流量，克服干擾來保證被控變量達到給定的工藝指標。    

    控制閥的閥部分由閥的內件和閥體組成，閥的內件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等。上閥蓋和填料函用于對閥桿密封和對閥桿進行導向，防止工藝介質沿控制閥門的閥桿這個可動部件向外泄漏，它是閥體不可分割的一部分。

    常規的上閥蓋結構形式一般有四種：普通型、散熱片型、長頸型和波紋管密封型。材質一般有鑄鐵、鑄鋼和不銹鋼，填料函一般為聚四氟乙烯或柔性石墨。

    典型的控制閥的閥蓋由與閥體相同的材料或等效的材料制成。閥蓋承受與閥體相同的溫度和腐蝕性影響，閥桿密封在經過幾百次的循環動作之后，就會磨損，在工程應用中，流體壓力也會導致密封磨損；填料的選擇也是一個問題，填料選擇不當，控制閥的摩擦力增大而導致控制閥死區增大或者很容易使閥桿密封失效。

    因此，選擇控制閥，除了閥體結構、材質、執行機構、口徑計算外，還應根據控制流體的壓力、溫度、壓差、流體的性質，合理選擇上閥蓋的結構形式和填料函，以防止流體沿著控制閥閥桿泄漏出來，即應充分考慮閥桿密封的性能和使用壽命。這在工程設計中顯得非常重要。

    在強腐蝕、易揮發和有毒有害的工藝流體中，控制閥一般不采用普通型、散熱片型、長頸型上閥蓋及密封結構形式，因為此種結構形式的密封性能和使用壽命極為有限。作者曾在生產現場做過相關實驗，采用304不銹鋼直行程控制閥調節濃硝酸和濃硫酸混酸流量，使用聚四氟乙烯填料密封結構，不到一個月經過600次左右的全行程的控制閥閥桿的上下運動，聚四氟乙烯填料密封即*被破壞。在強腐蝕、易揮發和有毒有害的工藝條件下，一旦閥桿密封被破壞，強腐蝕、易揮發和有毒有害的工藝介質從控制閥閥桿中泄漏出來，會對周邊環境和人身安全帶來嚴重的后果。

    采用波紋管密封型形式是解決上述問題的一個途徑。波紋管一般由不銹鋼做成。這種特殊的閥蓋結構保護控制閥的填料函避免和流體接觸，一旦波紋管破裂，在波紋管上面的填料函結構會防止波紋管破裂失效時產生的嚴重后果。在工程實際中，波紋管密封形式的選擇應充分考慮波紋管密封的壓力的額定值會隨溫度的增高而降低，流體中不能有固體的顆粒存在，及波紋管材料的zui長循環動作壽命等。在不銹鋼不耐某些工藝介質腐蝕的強腐蝕的場所，如工藝介質為濕氯氣時，濕氯氣中含有的微量鹽酸會使不銹鋼波紋管很快被腐蝕，則控制閥閥桿不能采用波紋管密封的形式。

    在這種情況下，正確地選擇似乎是采用隔膜控制閥。隔膜控制閥采用了耐腐蝕的襯里和耐腐蝕隔膜，不用填料，可以*避免腐蝕性介質向外泄漏，但其流量特性不是很好，且受隔膜襯里的限制，耐壓、耐溫性能較差，zui致命的是耐腐蝕隔膜片會由于上下折疊而造成疲勞損壞，壽命很短，一旦耐腐蝕隔膜片破裂，強腐蝕、易揮發和有毒有害的工藝介質會同樣從裂口處泄漏出來，因此，隔膜控制閥的使用受到了很大限制。

    因此，在強腐蝕、易揮發、有毒有害的工藝條件下，尋找一種可靠、經濟和實用的控制閥上閥蓋及密封結構形式是保證控制閥可靠工作從而實現生產過程自動控制的關鍵。

2、控制閥閥桿的新型密封方法 

    在聚四氟乙烯填料密封的上方，我們設計了一個空腔，并且給這個空腔中通入惰性氣體（如氮氣，也可以是空氣），并且要求惰性氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質的zui高壓力。這樣，控制閥在使用過程中，即使控制閥的聚四氟乙烯填料密封被破壞，由于氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質的zui高壓力，強腐蝕、易揮發、有毒有害的氣體也無法泄漏出來。為保證空腔中氣體的壓力穩定，防止氣體沿閥桿上下串氣，在空腔的下部，把聚四氟乙烯填料分割為上下兩部分，在中間加一不銹鋼隔墊，將氟橡膠O型密封圈嵌入不銹鋼隔墊內，隔墊上下用聚四氟乙烯填料將其夾緊。空腔上部的閥蓋中也嵌入氟橡膠O型密封圈，用螺栓將閥蓋壓緊。一般來講，氟橡膠O型密封圈的使用壽命是比較長的，高達上百萬次，只要氟橡膠O型密封圈的密封不被破壞，空腔中惰性氣體壓力會始終高于管道中工藝介質的zui高壓力，因此，這種控制閥閥桿的密封結構形式是非常可靠的，也很經濟。

3、結束語

    這種密封結構的控制閥在2001年成功地用于某公司硝化工序自動控制系統改造上，實現了硝化工序生產過程自動化，控制閥運行至今，從未發生過由于控制閥閥桿填料密封損壞而導致濃硝酸和濃硫酸混酸沿控制閥閥桿外泄事故