1、氣動套筒平衡型調節閥（fá）內漏的原因分析及常規處理概述（shù）

1.1原理

重慶建峰化肥（féi）有限公司化（huà）肥廠是一個年產300KT合成氨/520KT尿素的大型天然（rán）氣化肥裝置。在係統自動控製中，有許多調（diào）節閥在發揮著重要（yào）的作用。在這些調節閥中，套（tào）筒式調節閥占有（yǒu）比例達60%以上。套筒式調節閥的工作原理見圖一：介質進入閥腔內（nèi），在關閉的時候（hòu），有部分流體通（tōng）過閥芯上部的平衡孔產生（shēng）壓力和閥芯下（xià）部的介質產（chǎn）生的（de）壓（yā）力平衡（héng），也就是使閥芯所受的不平衡力（lì）相（xiàng）互抵消（xiāo），所以（yǐ）對閥芯上開有平衡孔的套筒式（shì）閥（fá）又稱為壓力平衡式（shì）閥。它具有流（liú）量大、許用壓差高、防堵塞等優點，但在大口徑（DN150mm以上）時（shí）普遍存在泄漏量大的缺點。泄漏量大在一定（dìng）程度上造成係統消耗高、調節品質差，係統穩定性下降、環境汙染等（děng）問（wèn）題。
　　
1.2階段故障統計

表一是我廠僅從2002年8月到2003年1月對套筒閥內漏的統計。其中（zhōng）9月（yuè）我們還對係統進行了設備大修。

表一 2002年8月-2003年1月套筒閥內（nèi）漏統計

通過長期的統計調查，我們發現套筒式調節閥內漏對係統的（de）影響相當大（dà），特（tè）別（bié）是在原材料價格上漲，市場競爭激烈，產品價格下滑的今天。因此，節能（néng）降耗，提高係統運行（háng）的效（xiào）能，維持係統穩（wěn）定是我們控製成本的一個有效的手（shǒu）段之一。

2、原因分析及常規處理

2.1檢修後閥沒有完全關閉

這種情況比較常見，我們統計的數據，這種故障所占比例高達21%。比如我廠的工藝空氣流量調節閥100FV105，在2002年11月6日大修後開車時工藝反映內漏較（jiào）大，如（rú）果不（bú）進行（háng）處理，可能（néng）會（huì）造（zào）成二段爐R1催化劑氧化（huà），嚴重的會（huì）導致二段爐內形成爆炸性混合氣體而引發重（chóng）大事故。後經過調整閥杆後內漏基本消除。這（zhè）是因為全關後（hòu）閥芯沒有接觸到閥座，也就是閥沒有關到位，或者說行程不夠。有的調節閥，在檢修後（hòu）連接執行機構的（de）推杆（gǎn）和閥杆時，沒（méi）有按要求連接，造成表麵（miàn）上推杆走完全行程，實（shí）際閥（fá）芯沒有（yǒu）關到位（wèi）的故障。這種（zhǒng）情況的（de）處理隻需要（yào）重新按要求連接推杆和閥杆（gǎn）就可以了。正確的連接應當是推（tuī）杆走完全行程（chéng），閥芯必須全（quán）開全關到位（wèi）。對於哈佛塊夾持式連（lián）接的（de），不論調節（jiē）閥是氣關還是氣開，通常的做法都是將閥芯壓到全（quán）關的位置，然後對執行機構氣室加信號後連接（氣關的加到彈簧範圍上限，氣開的加到下（xià）限。比如一個20-100kpa的彈簧範圍的（de）薄膜式執行機構，氣關的（de）加信號到100kpa,氣開的加信號到（dào）20kpa）。對於螺紋旋入式連接的，可以在閥杆上作標記，或采用其它方式。總之，要求（qiú）在彈簧範圍的上限或下限時（shí）連接後（hòu）閥芯剛好能全關到位。

閥沒有關到位（wèi）會產生內漏，而閥沒（méi）有緊密關閉也可能（néng）會引起內（nèi）漏，沒（méi）有緊密關閉是指閥芯和閥座剛好接（jiē）觸但沒有壓緊（jǐn）力，原因大多是（shì）因為執行（háng）機（jī）構（gòu）有效輸出力不夠。對於氣關式的調節閥，如果氣源沒有達到（dào）額（é）定值（zhí），有的氣源值甚至達不到彈（dàn）簧範圍上限，例如我們（men）在某廠檢修到的一台高壓蒸汽壓力控製閥100PV172，其彈簧範（fàn）圍是70～190Kpa，而調節閥的氣源卻隻有180Kpa，這樣即使給全關的信號（hào），氣源還不能完全壓縮彈簧，執行機構推杆不能走完全行程，也就不（bú）可能使（shǐ）閥全關。在我們沒有檢修之前，工藝反映該閥內漏嚴重，高壓蒸汽產量不夠，壓力較低。檢修後這種現象基本上消失了。

我們（men）知（zhī）道，在無負荷（hé）條件下，執行機（jī）構輸出力計算（suàn）公式為F=Po•Ae（Po為加載的信號氣壓，Ae為膜片（piàn）有（yǒu）效麵（miàn）積）。在膜片麵積一定的條件下，加（jiā）載的（de）信號氣壓越大，輸出力就越（yuè）大。而正（zhèng）常運行中（zhōng），我們需要閥全關（guān）時，有效的輸出力，如果以上式來計算（suàn）是不行的，因為上式忽略了執行機構裏（lǐ）彈簧的反作用力。那麽，閥全（quán）關時（shí），有效的輸出（chū）力就應該是：氣開閥F0=Pr0•Ae（Pr0為彈簧範圍低值（zhí））；氣關閥F1=（P0-Pr1）•Ae（Pr1為彈簧範圍高值）。執行機構的有效輸出力就需要在克服介質的不（bú）平衡力、填料的摩擦力（lì）後，產（chǎn）生一個餘（yú）力壓緊閥芯（xīn）。所以調節閥的氣源必（bì）須達到額定值，調節閥的有效（xiào）輸出力才足（zú）夠大，才能夠（gòu）把閥芯壓死在閥（fá）座上而不會內（nèi）漏，所以必要時（shí）可以適當提高（gāo）氣源值。而對於氣開閥，就要考慮預緊力的問題（tí），所謂預緊力，其實也是有（yǒu）效輸出力，從F0=Pr0••Ae可以看出，預緊力（lì）實際上是彈簧產生的輸出力，這個力過小，就不（bú）能克服介質的不（bú）平衡力，介質就會頂開閥芯造成泄漏。因此氣開閥內漏，可以檢查彈簧的預緊力，預緊力過小的，應（yīng）當適當增加預緊（jǐn）力以消（xiāo）除泄（xiè）漏，增加預緊力，就是提高彈簧範圍（wéi）的低（dī）值，也可以理解（jiě）為提高彈簧的預壓縮量。

另外（wài）閥內件卡（kǎ）澀而使調節閥不（bú）能（néng）動作也（yě）容易引起內漏。我廠鍋爐給水閥100FV206，在2002年大修後開車不久（jiǔ），發現該（gāi）閥泄漏（lòu）較大，現場檢查閥芯被卡住，現場15%開度，總控全關，聯（lián）係總控打開至30%後（hòu）該閥才（cái）有反應，後反複動作，恢複正常（cháng）。對於（yú）閥內件卡澀的（de），如果是因為有異物（wù），在工藝運行允許的條件下，可以反複動（dòng）作或開大閥位使異物衝走，不能衝走的或因為閥內件配合間隙過小，則需（xū）要解體處理閥內件了。

其（qí）它（tā）附件限位（wèi），比如手輪沒（méi）有回到（dào）自動的位置，或其（qí）它的機械限位裝置限位；還（hái）有閥門（mén）定位器沒有調整好；升壓器增益調整不（bú）當，使輸入信號在全關的時候（hòu），定位器或升壓器輸出沒（méi）有達到額定（dìng）值，都可能導致閥不能完全關（guān）閉，引起內漏。對於手（shǒu）輪或其它機械限位的，需要取消限位，使調節閥能全行程自動（dòng）調節；而定位器和升壓器的調整，必須按要求調整到達標。比如定位器的調整，對於正作用定位器配氣關閥（fá），當定位器的輸入（rù）信號為最小（xiǎo）值時（通（tōng）常的（de）氣信號為20kPa，電信號為4mA），定位器的輸出應當為零；在輸入信號為最大值時（一般的氣信號為100kPa，電信（xìn）號為20mA），定位器（qì）的輸出就（jiù）應當達到氣源值。對於氣關閥，要使閥完全關閉（bì），必須是定位器的輸出達到最大（也就是達到定（dìng）位器的氣源值）。

2.2調節閥閥內件損傷或損壞。

2.2調節（jiē）閥閥內件損傷或（huò）損壞。

閥內件（jiàn）損傷或損壞也是（shì）調節閥內漏的主要原因之一（yī），有80%以上的內漏基本上都是這個原因。對於（yú）套筒閥而言，它（tā）的密封（fēng）點有兩個，一個是閥芯與閥座的密封（fēng）麵，另一個（gè）是導向密封環。不論哪一（yī）個密封點（diǎn）有損壞（huài），都會造成閥的內漏。從我廠多年的（de）檢（jiǎn）修結果來，內漏一般是閥芯或閥座密封（fēng）麵（miàn）損傷。這種故障是最常見的（de），引起（qǐ）故障的因素很（hěn）多，一（yī）是由於工（gōng）藝管道、容器檢修、焊接等（děng）原因使一些雜（zá）質、焊渣進入到調節閥中，在調節閥關閉（bì）的時候，雜質卡在（zài）閥芯和閥座之間，造（zào）成閥芯或閥座密封麵損傷，從而導致調節閥的內漏。例（lì）如我廠高（gāo）溫（wēn）變換爐後（hòu）端放空閥100PV117，其工藝介質參數如表二（èr）：

表二 100PV117工藝介質參數
　　
有一（yī）道直徑1mm的（de）壓（yā）痕損傷，
        根據△P=KR（T+460）（W/60）2/2gρA2（A為壓痕麵積，mm2）可得：

已（yǐ）知T=230ºC，△P=2.91Mpa，ρ＝0.75Kg/M3，則W=153M3/h

即1mm直徑的密封（fēng）麵壓痕損傷每小時（shí）漏量可以達到150M3。通過基本化學反應（yīng）公式：3H2+N2+CO2=CO(CH2)2+H2O得知：每小時泄漏的工藝（yì）氣，以（yǐ）組分含量最少的H2為基準，可以（yǐ）初步計算出泄漏的工藝氣折合為的尿素是1.3t/d，損耗相當大。那麽，防（fáng）止這種情況發生的（de）辦法是先對管道進行（háng）吹掃，當吹掃到一定（dìng）程度後再關閉調節（jiē）閥，這樣可以在一定程度上（shàng）減少或避免雜質對調節閥密封麵的損傷。

閥芯閥座（zuò）密封麵損傷的另一個原因是（shì）由於介質對閥芯（xīn）、閥（fá）座的衝蝕等原因（yīn），特別是當調節閥長期處於小開度運行而在某一時段需要關閉時，更容易出現這種故障。因此，從（cóng）這個角度我們建議調節閥盡量不要在小（xiǎo）開度長期運行（háng），特別是高壓差的工況環境。對於密封麵已經損傷的，就需要解體處理密封麵。在處理密封麵時必須注意保證同心度和不圓度（dù）在（zài）允許的範（fàn）圍之內。但是，處理密封麵，需要對密封麵進行光刀，在多次（cì）光刀（dāo）後，會將原先（xiān）堆焊在密封麵上的硬質合金層車削掉，使密（mì）封麵的抗衝刷腐蝕性急（jí）劇下降，導致密封麵在很短的時間內就損壞了。這時候就（jiù）應當更換（huàn）閥內件。需要說明的（de）是，更換閥內件建議成套（tào）更換，不推薦單件更換。原因很簡單，單件的閥內件在公差配合上不一定能達到要求，特別是運行了一段時間的閥內件更不（bú）能保證
　　
次導向密封環損壞也是比較常見的一種故（gù）障。一般的密封（fēng）導向環都（dōu）有兩（liǎng）個作用，一是導向，二（èr）是密封（fēng）。由於密封環在導向作用時與閥籠摩擦，多次動作（zuò）就會導（dǎo）致密封（fēng）環（huán）的損傷，也（yě）就起不了密封的作用。因為（wéi）套筒閥結構的（de）需要。密封環的問題尚難以徹底解決（jué），目前做得比較好的密（mì）封環是Fisher的一（yī）種有（yǒu）專利技術的導（dǎo）向環，如圖二所示：其獨特的結構比常規的密封環壽命長幾（jǐ）倍。例如（rú）我廠的中壓蒸汽壓力控製閥100PV180，雖然對係統負荷沒有太大的（de）影響，但每小時泄漏一噸中壓（yā）蒸汽，會造成係統能耗增加，產品成本上升。所以原裝的閥幾（jǐ）乎每年都更換密封環，但是也沒有解決問題，現在更（gèng）換的Fisher的專利產品，已經運行了三年（nián），泄漏（lòu）量仍（réng）然非常小，從根本上解了內漏的問題。不過這種（zhǒng）密封環的缺點是普通的（de）機加加工比（bǐ）較困難，所（suǒ）以（yǐ）通（tōng）常的做法是（shì）更換新的（de）密封環（huán）。

2.3結構不合理

前麵講（jiǎng）了，套筒閥一般是兩個封點，而有的廠家在研製的過程中，嚐試在套筒上增加（jiā）一（yī）個閥座，如圖三所（suǒ）示：當閥（fá）全關時，閥芯閥座為一個密封，套筒上的一個閥座為一（yī）個密封（fēng），在一定條件下，這種做法相對於密封環來說可以（yǐ）提高密封（fēng）效（xiào）果。但（dàn）是（shì）如果加工精度不夠或材質選用不當時，泄漏量反（fǎn）而會增大。因為此類閥要麽（me）在閥芯下（xià）密封點和閥座（zuò）接觸的時候，閥芯上密封點（diǎn）可能沒有接觸到閥籠閥座，那麽它的密封效果是不能達到要求的，或（huò）閥芯上密封點接觸到閥籠閥座時，閥芯（xīn）下密封點和閥座可能沒有接觸到，那麽它的密封效果也是不能達到要求的。所以對於泄漏等級要求比較高的場合，還是推薦使用帶密封導向環的套筒閥。例如我廠脫碳係統CO2吸（xī）收塔100T1液位控（kòng）製閥100LV114A，原使用的雙座式調節閥，因為內漏較（jiào）大，使脫碳水力透平100PE6A作功減少，係統能耗增加，而且100T1的液位不好（hǎo）控製，改為帶密封環的套（tào）筒閥後，此現象（xiàng）基本消除。

另外（wài）一種是才推（tuī）出不久的叫做先導式套筒調節閥，其原理這裏不再敷訴。由於（yú）它在原有的兩個密（mì）封（fēng）點基礎上增加了一個密封點，而實質並沒有較（jiào）大的改變（biàn），僅僅是提高了閥在開關過（guò）程中的平穩（wěn）性，同樣不適（shì）用泄漏等級要求高的地方。所以在對（duì）套筒（tǒng）式調節閥進行計（jì）算選型的時候，除非在泄漏等級方麵沒有（yǒu）太（tài）高的要求，否則，我們仍然推薦選用帶導向密封環的套筒閥。
　　
結束語

在多年的檢修處理過程中，我們基本掌握了套筒式調節閥內漏的（de）原因，經過長期的實踐，摸索總結出一些常規（guī）的處理方法，為大化肥的穩定生產、節能降耗作出了（le）努力。

 

杭（háng）州51吃瓜氣動調節閥產品係列

 

高性能氣動薄膜調節閥係列
HLS氣動薄膜（mó）小口徑單座調節閥	HLC氣動薄膜小（xiǎo）口徑籠式單座調節閥
HCB型氣動薄（báo）膜平衡籠式調節閥	HTS氣動薄膜頂導向單座調節閥
HSC氣動薄膜籠式單（dān）座調節閥	HCN氣動薄膜低噪音籠式調（diào）節閥
HCP氣（qì）動薄膜平衡籠式單座調節閥（fá）	HPC氣動薄膜高壓籠式調節閥
HAV氣動薄膜平衡籠式單（dān）座調節閥	HMT/HDT氣動薄膜三通調（diào）節閥
HPS氣（qì）動薄膜高壓單座調（diào）節閥（fá）	HTSW氣動薄膜波紋管密（mì）封調節閥
HTSJ氣動薄膜夾套保溫型調節閥	HPAS/C氣動薄膜高壓角型調節閥
氣動薄膜多級高（gāo）壓調節閥	氣動活塞式偏心旋轉調節閥（fá）
精小型氣動薄（báo）膜調節閥係列
P型精小型氣動薄膜單座調節閥	M係列精小型氣動薄膜套（tào）筒調節閥
N係列精（jīng）小型氣（qì）動薄膜雙座調節閥	X/Q係列氣動（dòng）薄膜三通分流/合（hé）流調節閥
D係（xì）列氣動薄膜多級（jí）壓降式角型閥（fá）	D係列氣動薄膜多級壓降式高（gāo）壓角型閥
PE係列氣動（dòng）薄膜小流量調節閥	PD係列氣動薄膜低溫調節閥（fá）
氣動高性能防空化高壓差調節閥	S係列（liè）氣動薄膜（mó）角型調節閥
DS係（xì）列氣動多級（jí）壓降式高壓角型閥	衛生級氣動薄（báo）膜調節閥（fá）

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