阀门密封（精选七篇）
阀门密封 篇1
关键词：阀门,低温阀门,密封性能
1 低温对于密封性的干扰
1.1 非金属密封副
在常温下工作的球阀和蝶阀等一般均采用金属对非金属材料密封副。因为此类材料本身的弹性非常的高, 其获取密封需要的比压不是很大, 所以它的密封性较好。不过在低温的背景之中, 因为它比金属材质的膨胀性要高, 此时就导致它在低温的时候收缩性和金属等材质的有着较高的差异, 进而使得密封比变弱, 不能够实现密封的意义。很多的非金属的物质在较低的气温之中会失去其自身的韧性, 进而导致冷流等特征。比如橡胶, 当其气温比玻璃化的气温要低的话, 其就不具有弹性了, 此时就会变成玻璃态的, 不具有密封特征了。另外橡胶在LNG介质中存在泡胀性, 也无法用于LNG阀门。因此目前在设计低温阀门时, 一般温度低于-70℃时不再采用非金属密封副材料, 或将非金属材料通过特殊工艺加工成金属与非金属复合结构型式。
1.2 金属密封副
当处在低温模式之中的时候, 金属物质的强度以及硬度等增高了, 它的塑性以及韧性等变弱, 此时就会发生一定的冷脆问题, 进而干扰到阀门的安全性。为了避免这种问题发生, 在设计的时候, 如果其气温超过了-100℃采用铁素体不锈钢材料, 而温度低于-100℃时, 阀体、阀盖、阀杆、密封座等大多采用具有面心立方晶格的奥氏体不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。不过因为铝等的硬度太低, 密封面不具有抗摩擦性, 因此很少使用。通常使用奥氏体材料, 它们不具有上述的冷脆温度, 就算是在低温的状态之中还可以维持非常好的韧性。
不过, 此类材料在使用的时候也面对着很多的不利现象。由于此类物质一般在常温之中时处在一种不是很稳定的模式之中的, 如果气温下降到一定的数值之下的话, 材料中的奥氏体会转变成马氏体。对于体心立方晶格的马氏体致密度低于面心立方晶格的奥氏体, 且由于部分碳原子规则化排列占据体心立方点阵位置, 使晶格沿C轴方向增长, 从而体积发生变化引起内部应力的增加, 使原本经研磨后达到密封要求的密封面产生翘曲变形, 造成密封失效。
对于低温导致的一些不利现象, 要使用有序的应对方法。只有这样才可以确保密封面的变形是最小的, 而且要保证变形对于该性能的干扰是最低的。第一在使用材料的时候, 最好是用那种金相组织稳定性优秀的物质。其次对于阀体、阀盖、阀杆、密封件等奥氏体材料制作的零件必须进行低温处理, 以使材料的马氏体转变和变形得到充分进行后再进行精加工。低温处理的温度应低于材料相变温度 (MS) 且低于阀门实际工作温度, 一般要处理大约三个小时, 如果需要的话还要开展多次的处理。除了上面讲到的这些方法之外, 在设计的时候也应该积极的分析, 以降低密封面变形对密封性能的影响, 如在进行闸阀、球阀和蝶阀设计时可以考虑采用弹性密封结构, 以使低温变形得到部分补偿。对于截止阀应采用锥面密封结构, 使低温变形对密封面的影响较小。
2 低温对于外密封性的干扰
2.1 阀杆填料
因为低温状态中的橡胶物质存在一定的不利现象, 同时很多的非金属的材料都具有冷脆反应, 所以, 低温阀阀杆与阀体间的密封设计无法采用密封圈的形式, 只能采用填料函密封结构和波纹管密封结构。一般波纹管密封多应用于介质不允许微量泄漏和不适宜填料的场合, 其单层结构的寿命很短, 多层结构的成本高, 加工困难, 所以一般不采用。
对于填料函的密封结构来讲, 它的制作非常的简便, 而且维护也很便捷, 在具体的活动中有着非常广泛的应用。不过填料的气温要超过-40℃, 为了确保其密封性优秀, 该装置在接近环境气温的状态之中活动。在低温的时候, 由于气温的降低, 其弹性也开始变弱, 因而失去了防漏性。因为介质渗漏而导致的填料和阀杆地方发生结冰问题, 此时会干扰到阀杆的活动, 还会因为阀杆的活动而把填料弄坏, 导致渗漏问题发生。因此通常来讲, 规定填料的活动气温要超过零度, 这就要求设计时通过长颈阀盖结构, 使填料函远离低温介质, 同时选用具有低温特性的填料。常用填料有聚四氟乙烯、石棉、浸渍聚四氟乙烯石棉绳和柔性石墨等, 其中由于石棉无法避免渗透性泄漏, 聚四氟乙烯线膨胀系数很大、冷流现象严重, 所以一般不采用。柔性石墨是一种优良的密封材料, 对气体、液体均不渗透, 压缩率大于40%, 回弹性大于15%, 应力松弛小于5%, 较低的紧固压力就可达到密封。其还拥有润滑性特征, 将其当成是阀门的物质的话, 能够避免填料和阀杆之间发生磨损问题。它的密封性很显然的要超过常见的石棉物质, 是当前使用最多的密封物质。
因为填料通常均是非金属材质的, 它的膨胀指数要较之于金属的高很多。所以在常温之中设置的填料, 当气温下降到特定的数值之后, 它的收缩数会超过阀杆的收缩数, 进而导致渗漏问题发生。在设计时可以对填料压盖螺栓采用多组碟形弹簧垫片进行预紧, 使填料在低温时的预紧力能得到连续补偿, 以保证填料密封效果。美国Garlock公司生产的低逸散组合式阀杆填料, 其端环采用碳纤维编织盘根, 密封环采用高纯度菱形纹理石墨带模压成型, 通过杯锥状结构和径向扩张特性, 此时密封性变高了。阀杆物质的变形, 也会干扰到材料的密封性。所以, 要对其开展深冷设置之后再制作。
2.2 中法兰垫片
根据常用垫片密封形式 (图1) 可知, 随着温度的降低, 螺栓长度、密封垫片和法兰的厚度都会收缩变小, 所以垫片密封从常温到达设计的工作低温时, 上下法兰的收缩量与密封垫片的收缩量之和必须小于螺栓的收缩量与螺栓装配时的拉伸变形量之和, 此时才可确保密封性好。
对于低于-100℃的低温阀门, 其阀体以及螺栓等都是使用奥氏体材料。它的膨胀指数是一样的。所以要使用合理的垫片物质, 同时要提升螺栓的变形总数。最为优秀的密封垫物质, 在平时的温度之中的应对不是很高, 在低温的时候有着非常好的回弹性, 而且它的膨胀指数低, 同时强度也是不错的。在实际应用中一般采用不锈钢带填充石棉或聚四氟乙烯或柔性石墨缠制而成的缠绕式垫片, 其中以柔性石墨与不锈钢绕制而成的缠绕式垫片的密封效果最为理想。对于增加螺栓的拉伸变形量, 由于受螺栓安装预紧力的限制, 增加的余量不多, 可考虑通过设置碟形弹簧垫片来进行补偿。
3 结束语
低温阀和通用阀在设计以及检测等的时候有非常显著的差异, 特别是低温阀的物质选用以及设计等都是非常的繁琐的。所以在设计时候, 除了要按照常见的规定之外, 还应该集合介质特征以及最低的气温来选取最为优秀的密封物质, 而且要使用柔性的密封物质, 确保低温导致的不合理现象最低、在精确制作之前的时候, 要对全部的低温物质开展深冷设置, 确保材料的变形最低。对于新的阀门要对其开展常温以及低温状态中的测试活动。
参考文献
阀门密封 篇2
关键词：高温高压阀门 中腔法兰结构密封 线密封
中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0042-02
1 适用范围
该方案针对核級高温高压阀门中法兰结构中腔密封进行设计形式、材料、设计要求、生产制造、检验方法、安装等内容研究。
2 技术要求
研究试验体工况设计要求：阀门类型：闸阀；阀门设计压力：17.2 MPa（表压）；阀门设计温度：最高360 ℃；阀门壳体水压试验：42.6 MPa（常温）；试验介质：去离子水。
3 引用标准
ASME BPVC-Ⅲ，核设施部件建造规则NB分卷。
JB/T 6628，柔性石墨复合增强（板）垫。
GB/T 1804，一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差。
Q/TS QPD830-2011，不合格品控制程序。
4 中腔密封结构研究
4.1 项目背景
由于核电站现场使用要求，部分核级高温高压闸阀及节流阀不适合采用自紧密封结构，为了便于拆卸维护要求使用中法兰结构，传统的中腔垫片并不能满足密封要求。在以往的制造试验过程中，通常会降低试验要求来达到密封要求。在此笔者公司研制了核级柔性石墨复合垫片来用于核级高温高压闸阀及节流阀的中法兰密封。这项技术在我国核电市场尚处于空白阶段。
4.2 结构设计
因核级高温高压阀门的中腔密封实现密封功能很困难，在进行中腔结构时笔者所在方对垫片的接触宽度及高度都必须进行详细的计算来得出合理的数值。中腔示意图见图1。
中腔密封结构计算如下。
（1）垫片的最小预紧载荷计算。
式中：A为总螺栓预紧载荷，取WA>WO，kN；d为螺栓名义直径，m；n为螺栓数量；K为螺母系数，对于润滑状况一般的螺栓，取K=0.2。
最小预紧载荷为理论计算值，是理想运行情况下针对阀门垫片的载荷计算，对于该项中垫片的预紧载荷，可作为阀门垫片安装时的参考值，实际安装时可做调整。
4.3 垫片结构选取
垫片结构选取如图2所示。
核级柔性石墨复合垫片的尺寸及其公差应符合表1规定。
核级柔性石墨复合垫片的性能参数符合表2要求。
5 安装与调试
核级柔性石墨复合垫片的安装、维修等方式虽比较简便，但为了确保最佳的使用性能，应遵从以下安装方式。
5.1 检查
（1）紧固件（螺母、螺栓或螺柱）材料和规格应符合相应标准的规定，其螺纹、螺杆、螺母与垫圈接触面应无裂痕、削屑、毛刺、锈蚀、毛边和其他损伤。（2）法兰密封面、沟槽内无缺口毛边或外来物。（3）法兰密封面的粗糙度应为Ra0.8或更高。
5.2 润滑
（1）允许使用规定的或认可的润滑剂，均匀地涂敷在螺栓和螺母的内外螺纹，以及螺栓头上，以减小螺栓自身的摩擦力。（2）润滑剂应适合紧固件（包括螺母和垫圈）材料、工艺介质和使用温度。
5.3 安装
（1）在未完成上述调整之前，勿拆卸密封产品的外包装。（2）小心拆开核级柔性石墨复合垫片垫片外包装，确认密封面没有划痕、刮伤等缺陷后，将密封件放入需要密封的位置。
5.4 预紧螺栓
（1）选用合适的扭矩板手、液压或其他拉伸器。（2）用手拧紧所有螺母（必要时用扳手）。（3）对称拧紧每一螺母至全部扭矩值的30%。（4）对称拧紧每一螺母至全部扭矩值的60%。（5）对称拧紧每一螺母至预定力矩值。
参考文献
[1]沈阳阀门研究所《阀门设计》编写组.阀门设计[M].沈阳阀门研究所，1976.
[2]杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版，1922.
截止阀门全阻断密封结构设计 篇3
目前, 在锅炉、化工机械、给水排水及民用生活上应用的各类阀门品种繁多, 截止阀门是应用比较广泛的一类阀门产品, 国内截止阀门的阀体主要采用两种工艺方法制造, 分别为铸造工艺或冷挤压成型焊接工艺制造。阀门尽管结构简单, 但是由于阀门在工作状态下承受流体压力, 特别是高压阀门, 承受的压力更高。因此阀门的泄漏问题是阀门行业比较头疼的问题。以截止阀门为例, 一般在阀盖法兰与阀体法兰之间、阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面之间有3处密封, 并且阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面之间的两处密封在工作状态下, 由于阀门的开启与关闭运动, 该两处的密封都属于动态密封, 由于动态密封存在磨损问题, 因此截止阀门发生迟延性泄漏是不可避免的问题, 从而增加了截止阀门生产企业产品的返修工作量, 影响截止阀门正常使用, 也是截止阀门生产企业存在的技术难题。
1 截止阀门密封技术现状
目前截止阀门密封形式很多, 传统的密封方式是阀杆与阀盖之间采用填料函的方式进行密封, 填料函密封会增加阀门开启与关闭阻力, 并容易造成阀杆处密封材料的磨损而发生泄漏。因此, 广大科技人员发挥聪明才智, 不断研究新的密封结构, 取得一定的积极效果。如《一种不泄漏阀门密封装置》的实用新型专利, 采用密封罩、弹性元件、阀杆3个零件通过焊接方式, 使阀体内部的水与阀杆之间阻断, 能够有效地防止阀杆处泄漏。再如《波纹管阀门密封装置》的实用新型专利, 波纹管上端采用挤压安装, 下端焊接在启闭部件上, 同样实现阀体内部的流体与阀杆之间阻断, 也能够有效地防止阀杆处泄漏。但是两个实用新型专利存在一个共同的弊端:阀杆的升降不能采用螺纹升降, 而需要一种装置来实现直线升降。因此, 对于中小型截止阀门会造成结构复杂, 成本增加, 甚至因为结构尺寸的限制而无法实现, 只能适应大型截止阀门使用。并且弹性元件或波纹管在承受较大流体压力时会变形破坏。而《钢管冷挤压阀门》的实用新型专利, 针对阀杆与阀盖之间的动态密封磨损设计了一种“V”形填料垫的密封结构, 填料垫采用耐磨耐高温的聚四氟乙烯材料制造。在安装调试时, 填料压套压紧填料垫时, 填料垫的“V”开口扩大, 填料垫的外缘与阀盖内孔挤紧密封, 填料垫的内缘与阀杆外径挤紧密封, 实现安装调试密封。在阀门打开时, 管道内的压力会对下垫产生向上的作用力, 下垫沿阀杆向上移动, 填料垫的“V”形开口会进一步扩大, 边缘对阀盖内孔与阀杆外径的挤紧力更大, 阀门运行的密封性更好。并且, 填料垫设计成“V”形结构, 当阀杆外径与填料垫内缘相互磨擦产生磨损时, 填料垫“V”形结构的弹性会自动对磨损进行补偿, 从而保证阀门的密封性, 延长了密封垫的使用寿命, 取得较好使用效果。同时, 因为“V”形填料垫的密封结构仍然存在磨损问题, 所以, 并没有从根本上解决阀杆与阀盖之间因磨损造成的迟延性泄漏问题。研究更可靠的截止阀门密封结构, 仍然是截止阀门生产企业广大科技人员一直关注的课题。
2 全阻断密封结构设计方案
根据截止阀门的结构, 分析现有密封技术存在的问题, 截止阀门的阀盖法兰与阀体法兰之间、阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面3处密封比较分散, 在生产制造过程中有一处泄漏都会影响使用。因此依据工序集中原则, 对截止阀门的3处密封应该采取集中设计的整体思路, 即设计一种密封元件, 能够使阀盖法兰与阀体法兰之间、阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面之间的3处需要密封的部位同时取得密封效果, 实现密封件结构3位一体。依据以上设计指导思想, 密封件的结构设计必须是一个整体结构件, 并能够同时满足3处密封的需要, 以提高截止阀门密封的可靠性。
3 全阻断密封结构关键零件设计
3.1 密封件的结构设计
根据全阻断密封结构设计方案, 密封件设计为“U”形的整体结构, 如图1所示。“U”形密封件上口翻边法兰部位用于阀盖法兰与阀体法兰之间的密封, 底部平面部位用于启闭件下平面与阀口上平面之间的密封, “U”形密封件安装以后, “U”形密封件内部形成封闭空间, 使阀体内的流体与安装在封闭空间内的启闭阀杆组件实现整体阻断隔离, 阀杆部位不需要密封, 并能够从根本上解决阀杆处密封磨损后造成的迟延性泄漏的问题, 实现阀盖法兰与阀体法兰之间、阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面之间3处密封的三位一体, 从而简化了截止阀门的密封结构, 也能简化截止阀门的装配工艺。
3.2 支承套的结构设计
由于采用“U”形密封件结构, 处于封闭空间的阀杆与启闭件直径尺寸差别较大, 阀杆外径与“U”形密封件的筒形内壁之间存在较大间隙, 当“U”形密封件承受流体作用的径向压力时, 就会造成“U”形密封件筒形部位发生变形, 密封件材料处于承受拉伸应力状态, 如果材料反复发生变形与承受拉伸应力, 材料会提前发生老化现象, 影响“U”形密封件使用寿命。为了解决“U”形密封件的承受压力的变形问题, 改变材料承受拉伸应力状态, 在阀盖的下部设计密封件支承套结构, 如图2所示。
支承套的外径尺寸与“U”形密封件的内径尺寸采用间隙配合, 利用支承套在密封件内部的支承作用来提高“U”形密封件筒体部位的刚性, 抵制“U”形密封件筒体部位承受压力时的变形, 促使材料承受压缩应力, 防止材料老化, 以延长密封件的使用寿命及密封的可靠性。
4 全阻断密封结构的应用
4.1 全阻断密封结构的装配图 (如图3)
4.2 全阻断密封结构的装配关系
全阻断密封结构的截止阀门密封技术, 密封件3为“U”形结构, 其上口部有翻边法兰, 翻边法兰用螺丝钉8安装在阀盖6法兰与阀体法兰4之间。其底部封闭压盖在阀口11的平面上。“U”形密封件3安装后形成封闭空间, 封闭空间内安装阀杆组件, 阀杆组件与阀体内腔之间实现全阻断隔离状态。在封闭空间内由支承套5支承“U”形密封件3的内壁, 支承套5内部安装滑动配合的启闭件9, 启闭件9内孔与阀杆7底端阶梯轴颈部位间隙配合安装, 端部用轴用卡簧10进行轴向限位固定。阀杆7的外螺纹与阀盖6的内螺纹配合, 组成阀杆7升降功能, 阀杆7与阀盖6之间不需要机械密封。
4.3 全阻断密封结构的工作过程
截止阀门总装配以后, 如果顺时针旋转阀杆7, 在螺纹推动下使启闭件9下降, 挤压“U”形密封件3底部而封闭阀口11, 截止阀门处于截止状态。当阀门接入流体系统以后, 处于截止状态的阀门, 进水口1端的阀腔充满系统流体并承受流体系统的压力, 作用在“U”形密封件3的底部。因截止阀门处于截止状态, 出水口12端的阀腔内无水流无压力。当需要截止阀门通过流体时, 逆时针旋转阀杆7, 阀杆7上升, 带动启闭件9上升, 在流体系统压力的作用下, “U”形密封件3底部紧贴在启闭件9底平面随着启闭件9上升, “U”形密封件3筒体部分在压力作用下发生压缩性变形, “U”形密封件3的底平面离开阀口11上平面, 截止阀门开启, 流体进入出水口12, 截止阀门处于开通状态。
5 结语
截止阀门采用全阻断密封结构设计, 使阀盖6法兰与阀体法兰4之间、阀杆7外径与阀盖6内孔之间、启闭件9平面与阀口11平面之间3处密封形成三位一体, 从而简化了截止阀门的密封结构及装配工艺。全阻断密封结构从根本上解决了阀杆7外径与阀盖6内孔之间动态密封形成的磨损迟延性泄漏问题。阀杆7与启闭件9之间采用的滑动配合连接方式, 可以减小启闭件9与“U”形密封件3内壁之间摩擦, 防止“U”形密封件3损坏。特别是支承套的结构设计, 明显改善了“U”形密封件3材料的受力状态, 避免“U”形密封件3材料过快老化, 能够延长“U”形密封件3使用寿命。因此, 截止阀门全阻断密封结构的设计应该是阀门密封结构的创新。但是, 全阻断密封结构仍然存在“U”形密封件3材料选择问题, 为了取得更好的密封效果, 延长“U”形密封件3的使用寿命, 还需要进一步采用多种材料进行试验, 以确定“U”形密封件3采用材料的最佳选择方案。
摘要：针对截止阀门存在阀盖与阀体法兰之间、阀杆外径与阀盖内孔之间、启闭件平面与阀口平面之间的密封分散, 动态密封会出现迟延性泄漏的问题。研究设计出截止阀门全阻断密封结构, 从而简化了截止阀门的密封结构及装配工艺。并从根本上解决了动态密封磨损形成的迟延性泄漏问题。特别是支承套的结构设计, 明显改善密封材料的受力状态, 能够延缓材料老化, 延长密封件使用寿命。因此, 全阻断密封结构的设计应该是阀门密封结构的创新。
关键词：截止阀门密封,全阻断密封结构,材料受力状态,使用寿命
参考文献
[1]陆培文.实用阀门设计手册[M].3版.北京:机械工业出版社2012.
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[5]张龙男.一种不泄漏阀门密封装置:93228952.5[P].1995-06-15.
阀门密封 篇4
一、常见泄漏问题分析
当装置重新开启时, 因高温高压阀门及法兰的特点, 由于温度及压力的变化, 导致紧固螺栓预紧力不够, 造成管线法兰或阀门的泄漏。安装法兰及阀门时紧固螺栓的预紧力不均匀, 结合面间隙不一致, 或安装位置不正也是造成泄漏的主要原因。法兰及阀门密封面有腐蚀点、沟槽、削纹等缺陷时也会造成泄漏。
1.案例一:
某化肥厂一进口法兰连接仪表阀门一侧连接处发生泄漏, 造成大量液体外泄致使整个装置停车。此仪表阀门与管线连接螺栓采用上线对称的4个栽丝螺栓, 其余为通孔螺栓连接。拧下该阀门法兰连接螺栓, 利用吊车将该阀门吊出, 检查发现阀门左侧两连接法兰密封面均有多处纵向贯穿沟痕, 深度4～5 mm, 密封垫已严重毁坏。
(1) 维修过程。
采用点焊法, 对两侧密封面损坏处进行修补, 焊角高度高于密封表面2～3 mm, 检查并消除气孔、夹渣和咬边。用角磨机进行手工粗修, 加工余量0.10～0.20 mm。将事先准备好的研磨胎具 (其用于对研平面的平面度小于0.02 mm) 表面涂上红丹粉后, 与法兰密封面进行对研, 焊接高点用角磨机去掉, 反复多次, 使密封面达到密封要求。法兰密封面维修完成后, 清除其表面杂物, 利用吊车配合进行回装, 旋入4个栽丝螺栓, 再将其余通孔螺栓安装好。使用液压扳手进行对称紧固, 利用游标卡尺检查两法兰面间隙, 相对偏差不得大于0.30 mm, 逐步增加液压扳手工作压力, 使螺栓预紧力均匀对称, 从而实现均衡有效的螺栓载荷。在开车升温升压时, 必须对其进行热紧。
(2) 分析原因。
①经过长期使用, 法兰密封面因腐蚀而产生缺陷;②安装时, 两法兰面间隙相对偏差过大, 使密封垫片受力不均;③拆卸或安装不当, 造成法兰密封面被撬棍或其他工具磕碰损坏。
(3) 注意事项。
①检查密封面及密封垫片是否完好;②必须按安装技术规程顺序安装法兰口;③对称紧固螺栓, 逐步加压紧固;④热紧时单次紧固力矩不可过大。
2.案例二:
某热电厂一高温高压导气闸阀发生外漏, 并伴有内部泄漏, 对其进行了带压堵漏紧急处理。拆解阀门后, 发现阀门上下阀体密封面有多处不规则纵向贯穿沟痕、阀体内部密封面略有腐蚀、阀芯密封面有沟痕。参照案例一的方法, 对上下阀体密封面的沟痕进行了补焊及人工研磨。对于阀体内部双侧密封面的腐蚀点, 可以用闸阀研磨机对其进行研磨, 经过多次研磨, 阀体内部双侧密封面无任何腐蚀点, 表面基本光亮, 最后逐步加大研磨物材料的粒度, 使阀体内部表面粗糙度及平面度达到使用要求。对阀芯双侧密封面沟痕进行补焊, 用角磨机进行打磨, 使焊点高于密封面0.05～0.10 mm后, 再用闸阀研磨机进行研磨, 使阀芯双侧密封面达到使用要求。采用此法修复时间短, 可减少工作量提高工作效率。
二、自密封阀门拆解维修与安装
自密封阀门多用在高温高压的热蒸汽管线中, 具有耐高温高压的特性, 内部结构相对简单, 密封效果良好, 热电厂多采用此种阀门作为其蒸汽输送管线的控制开关。不同厂家生产的自密封阀门结构存有一定差异, 但是其密封原理是相同的, 都是借用管线内介质的自身压力、温度产生向上的压力, 压缩密封处楔形填料, 使密封填料受压变形, 产生横向膨胀压力, 从而达到密封的作用, 并采用石墨盘根填料将
阀杆与密封套之间密封, 以确保阀门整体的密封性。现以J961-DN150型高温高压自密封阀门 (如图) 为例, 讲述其整个维修过程。
1.阀杆 2.上阀体 3.盘根压盖螺栓 4.盘根压盖 5.提起螺母 6.阀体连接螺栓 7.卡瓣 8.楔形填料压缩钢环 9.石墨盘根填料 10.阀芯锁紧螺母 11.阀芯 12.盘根压环 13.提起压盖 14.密封套 15.阀体间密封垫片 16.楔形填料 17.下阀体
1.拆解阀门。
旋动手轮使阀门处于开启位置, 拧下电动头与上阀体间的紧固螺栓, 拆下电动头。拧下石墨填料盘根压盖螺栓3, 松开上下阀体连接螺栓6, 拆下盘根压盖4, 取出盘根压环12, 松开提起螺母5, 取出提起压盖13, 拆出上阀体2, 向下轻敲密封套14, 取出卡瓣7, 取出楔形填料压缩钢环8, 提出阀杆1及密封套14, 松开锁紧螺母10, 拆下阀芯11。
2.维修过程。
对阀门各零部件进行除锈清理;用阀门研磨机对阀体17与阀芯11两个相对密封面进行研磨, 使其表面光亮无缺陷, 要求平面度小于0.005 mm;清理楔形填料内外密封面, 使表面光滑无锈, 检查确认无缺陷。
3.回装阀门。
回装时, 应确认好新更换的楔形填料16和石墨盘根填料9无缺陷, 外形尺寸合适。将阀芯11装回阀杆1上, 将密封套14套在阀杆1上, 将阀杆1放入下阀体17内, 小心装入将楔形填料16, 装入楔形填料压缩钢环8, 用小锤轻轻敲打压缩钢环8, 四周用力要均匀, 不可装偏, 使钢环8上部略低于卡瓣7的卡瓣槽, 将卡瓣7装入卡瓣槽内, 回装上阀体2, 放入提起压盖13, 旋紧提起螺母5, 装入石墨盘根填料9, 安装好盘根压环12和盘根压盖4, 紧上盘根压盖螺栓3, 放入上下阀体间密封垫片15, 旋紧上下阀体连接螺栓6, 回装好电动头, 摇动电动头上的手动手轮, 检查有无异常卡涩, 检查所有螺栓有无松动。
4.注意事项。
阀门密封 篇5
电站专用阀门大多在五百四十摄氏度的水蒸气中作业, 所以制造阀门的材料要选择含碳量为2.5%含Cr、Mo、V含量均小于1.5%的材料或者合金结构钢, 封闭阀体面使用的材料最好为钴铬钨合金D802型号的焊条。在GB984规范中使用D802对应其种类ED-Co Cr-A, 就等于AWS中的ERCo Cr-A功能。D802这种型号的材料能够在温度高压强高的状态下持续作业, 拥有很好的抗磨性质、耐冲击、耐氧化、耐侵蚀和耐汽蚀。
2 钴基合金性能
AWS标准中的ERCo Cr-A焊丝和填充丝熔敷的焊缝金属特点是分布在钴铬钨固溶体基体中由约13%的铬碳化物共晶体网络组成的亚共晶体组织。这种方式能够使材料中含有抵抗低应力损耗能力以及抵挡某步骤中出现的冲击力所需要的韧性的完满综合。以钴为基加入其他合金元素形成的合金能够抵抗金属之间因为摩擦产生的损耗, 尤其在重负荷情况下。材料中含有较好的合金材料还具有最优的抗蚀性以及抗氧性。钴合金不会因为同种元素发生变化而发生形状的改变, 其在六百五十摄氏度以下硬度不会发生多大的变化, 只要在这个温度以上硬度才会有显著的降低, 当温度下降至六百五十摄氏度时, 其硬度又会恢复。就是说当主要材料焊接之后开展热处置时, 封闭面的功能不会有损耗。
3 阀体密封面堆焊
电站使用的专用阀门是在阀体中间有孔的位置采取电焊措施进行堆焊钴铬钨合金制造成阀门底座封闭面, 图1为其结构图, 因为封闭面在整个阀门中心孔比较深的地方, 进行堆焊的时候容易出现缝隙或者夹渣等现象。按照需求使用试验品对堆焊材料D802开展深孔堆焊技术实验。
在技术实验时找到了导致堆焊不完美存在缺陷主要有七点原因:①焊材外层含有杂质。②焊材潮湿不干燥。③主要材料以及需要填充的材料中有很多废料或者油迹。④阀门本身焊接的地方刚度强。⑤在堆焊前预热处理以及堆焊后处理的方式不恰当。⑥焊接技术参变量选择的不适合。⑦焊接使用的材料不适宜。
4 分析与处理
电站阀阀体在钴基合金堆焊中产生裂纹的原因主要是阀体刚性大。在焊接过程中电弧形成熔池, 向焊接部位不断熔化加热, 而焊后温度又快速下降, 熔化金属凝固形成焊缝。如果预热温度低, 焊层温度下降必然很快。在焊层快速冷却情况下, 焊层的收缩率快于阀体的收缩率, 在这种应力作用下很快使焊层与母材形成一种内拉应力, 将焊层拉裂。在加工焊接部位时应严禁出现尖角。
堆焊前预热温度达不到要求, 在焊接的时候温度达不到需要的热量。当焊接位置温度不高时, 焊接的地方热量迅速变冷会损害堆焊材料。用于堆焊的钴合金自身的硬性较高, 作业热量达到五百到七百摄氏度时, 硬度仍然在三百到五百的硬度, 但是它的韧性和抗裂性能就很差, 冷却过快很容易就出现缝隙, 所以在堆焊之前一定要先预热。由堆焊物件的大小决定预热的温度, 普遍采取的温度在三百五到五百摄氏度。
堆焊之前, 焊条上的保护皮一定是完好无缺的, 防止潮湿。堆焊之前放在一百五十摄氏度的保温桶内进行一小时的烘烤。进行堆焊的孔圆弧状的R角在技术允许的范围内可以使用最大值, 普遍R≥3毫米。内径在十毫米到二十五毫米的较小的孔, 可以使用焊条在孔底部满焊, 如图2, 一定要确保焊接位置的温度在二百五摄氏度以上, 终止点设置在中间, 焊接到最后要速度较慢的把焊条提起来。配件堆焊之前温度要在二百五十摄氏度, 加热到三百五到三百七摄氏度, 保持十五个小时再开展堆焊, 每一部分焊接完成后清理干净焊渣。并且掌控位置温度要一直在二百五十摄氏度以上, 堆焊结束后清理焊渣。阀体堆焊之后要马上放在四百五十度的炉内进行保温, 等阀体或者炉内温度达到六百九十到七百三十摄氏度时关火, 保温两个小时之后伴随炉子冷却阀体冷却, 当炉子温度在二百五十摄氏度以下拿出冷却到常温之后再开展下一步骤的作业。
DN≥32mm阀体应将堆焊坡口加工成U形 (图3) , 来解决堆焊钴基合金时产生刚性过大引起的收缩性不均匀的问题。在堆焊操作前, 将工件清理干净, 工件进炉 (炉温为250℃) , 加热至450~500℃, 保温2h, 出炉施焊。先用钴基合金焊条堆焊密封面, 每层焊完后清除焊渣, 同时须控制层间温度≥250℃, 堆焊全部完成后清除焊渣。再用奥氏体不锈钢焊条 (高Cr、Ni含量的不锈钢焊条) 将U形坡口焊满。阀体焊接全部结束后立即进炉 (450℃) 保温, 待本批或本炉焊接完毕后升温至720±20℃回火, 升温速度150℃/h, 保温2h后随炉冷却, 当炉温<250℃后空冷至常温即可进行后续加工 (图3) 。这种工艺改进对产品的性能没有影响, 用U形坡口完全可以消除阀体在堆焊钴基合金时产生内应力的作用, 并且奥氏体不锈钢焊材的抗拉强度大, 延伸率高, 因此减少了焊接裂纹的产生, 提高了产品的合格率。无损检验结果表明, 产品合格率达95%以上。
5 结束语
电站专用阀门的阀体封闭性堆焊技术通过持续的完善, 最后堆焊技术方法得到最后的方案。进行了少量的实验制造之后, 阀体通过加工、堆焊作业、没有损坏检测之后整体合格。电站专用阀门商品的研发工作开展的很完满, 商品的合格率得到了保障, 商品被广泛的投入到建设中。
参考文献
[1]ASME锅炉及压力容器规范第Ⅱ卷材料篇[M].北京:中国石化出版社, 2004.
新材料在高温高压阀门密封中的应用 篇6
关键词：KT系列复合材料,高温高压,阀门密封
材料是人类赖以生存和发展的物质基础, 是人类进步的里程碑, 是多数发明创造的先导。因此, 世界各工业发达国家都把新材料的研究与开发放在十分重要的地位。当今, 多种材料并存, 而复合材料是新材料发展的重点。复合材料的设计自由度大, 可以成为高性能的结构材料和优越的功能材料, 也可以成为结构———功能一体化的构件。优化材料组成、结构制造工艺、性能及使用过程中的表现诸因素, 按需要进行设计, 采用新工艺或新技术, 可以制造出性能优异的复合材料。进入21世纪, 新材料的应用已涵盖所有工业领域, 航天航空、通用机械无所不包。通用设备中的阀门也不例外, 流体工程机械现已大量使用新材料用于座圈及密封件等。通常阀门密封材料分为2类:一类为软密封, 非金属材料如橡胶、工程塑料、复合材料等;另一类为硬密封, 金属材料如不锈钢、哈氏合金、斯泰合金等。
南京肯特复合材料有限公司生产PEEK, PTFE, POM等多种材料的阀门密封件, 可以满足使用温度在-200℃～+320℃, 公称直径从1/4～50, 压力在150LB～3500LB各种阀门密封要求, 并且通过研究新材料及其复合材料的材料配方, 形成了KT系列复合材料。
1.KT—PEEK材料及PEEK改性研究
聚醚醚酮 (PEEK) 具有耐高温、耐化学药品性、耐辐射、强度高、断裂韧性高、易加工等优异性能及线胀系数较小、自身阻燃、摩擦学性能突出、绝缘、耐水解等特点。对PEEK进行纤维增强、无机填料填充及有机材料共混等改性, 可以进一步增强PEEK的力学性能、热性能及摩擦学性能, 降低材料成本, 扩大使用范围。具体性能指标如图1所示。
应用范围:压力在150l～2500lb球阀座圈和密封圈等。长期使用温度可达320℃, 尤其适用于蒸汽阀门。
2.KT—PTFE材料及PTFE改性研究
聚四氟乙烯 (PTFE) 具有高度的化学稳定性、极强的耐高低温性能、突出的不粘性、耐老化性和抗辐射性、绩效的吸水率等优异性能, 但它固有的强度低、耐磨性、蠕变性能以及导热性差等缺点, 又限制了其应用。所以通过表面改性、填充改性、共混改性等对其复合改性, 既可保持其优点, 又可改善和克服纯PTFE的缺陷, 提高其综合性能。具体指标如图2所示。
3.KT—POM材料及POM改性研究
聚甲醛 (POM) 综合性能优良, 是多有塑料中比强度较为接近金属的树脂品种之一, 具有极高的强度和刚度、良好的耐腐蚀、耐磨损、自润滑和抗蠕变性能, 特别是具有突出的耐疲劳性能, 但是其最大长期使用温度与最大的短视耐热温度低、抗水解性不够好、缺口敏感性差缺点阻碍了其应用, 所以通过填充、共混改性的研究方法对其改性研究。具体性能指标如图3所示。
适用范围:压力:150l～900lb, 常用于自动控制中小口径阀门。
4.新材料在当今阀门领域应用展望与结论
2008年, 中国钢产量就达到5.02亿吨, 排名世界第1, 比排名2～8位的日本、美国、俄罗斯等7个国家总和还多, 占全球钢总产量的38%, 其中净出口钢铁5488万吨。可见中国是钢铁消耗大国, 例如, 建筑、汽车、机械、造船、铁路等, 而阀门又是主要消耗钢材的管道元件, 所以世界许多知名阀门企业纷纷来中国独资和合资办厂, 加上中国内需和出口阀门逐年递增, 带动了中国阀门的市场繁荣。
阀门密封 篇7
在石油行业阀门的使用非常广泛,尤其是在高压管汇装置中,阀门的使用更为广泛,阀门的安全情况对石油安全作业生产具有意义。钻台管汇上的阀门长期处于恶劣的试油作业环境中,在实际使用过程中阀门泄漏故障经常发生,甚至引发严重事故;阀门的内部泄漏一般是看不到的,尤其在管汇台中——管汇台为一个组合整体,阀门两端均有管线联结。目前的检测手段主要是密封试验,但是这种方法在实际操作过程中效果不明显,甚至不能确定出泄漏源所处的位置。阀门泄漏检测技术已经逐渐成熟起来,而且用于阀门泄露检测的设备也越来越逐渐完善,但大多数泄漏检测仪器都是单一功能的检测设备(包括专业的声发射泄漏检测仪等)。
在高压管线检测中,密封检测只是一个单一项目,也就是说密封性能检测主要针对于管汇台的阀门,对管线和阀门本体的无损检测才是重要项目。为了充分发挥声发射检测设备的优势,充分利用现有的设备资源进行更多项目的有效准确检测是必要的,这不仅给现场检测带来了极大便利,也可以促进这种检测手段在石油工业中的广泛应用,提高石油生产的安全作业水平。使用结构监测评价声发射仪来进行泄漏监测,在设备条件受限情况下,是一种有效的阀门泄露检测方法。
在克拉玛依试油公司的管线检测中,对于管汇台旋塞阀的密封检测主要运用了声发射技术,并且取得非常好的效果,也得到委托方的认可,证明声发射检测技术是阀门密封检测的一个重要而有效的检测手段。
2 检测原理
当管汇台中阀门关闭时,若有泄漏,其主要特征是在泄漏处形成多相湍射流,该射流不但使流体发生紊乱,而且与泄漏孔壁相互作用,在孔壁上产生应力波,并在阀体中传播,利用声发射传感器接受来自泄漏部位的声信号,然后将该信号转变成电信号并放大后传送至声发射主机,经过分析处理就可以发现泄漏的位置和泄漏程度的大小等信息。在声发射技术中这种由泄漏引起的弹性波源被称为二次声发射源。
泄漏声信号属于连续型声发射信号,在传统的声发射分析技术中,用ASL值和RMS值来表示连续声发射信号的大小。通过对设备采集到的异常ASL和RMS进行分析,提取出泄漏信号并由此来确定声源。
3 现场密封试验声发射检测及分析方法
按照SY/T 6270标准要求,管汇台旋塞阀密封试验压力为额定工作压力,额定工作压力下稳压10min,压力降不得超过额定压力的5%或者3.4MPa(取小者)。
在现场阀门泄漏检测中,使用传统声发射泄漏检测和分析技术并不能满足现场的要求。经过试验,本文提出了一套更简单和快速有效的分析方法来对阀门进行密封声发射检测。
现场使用的声发射检测设备为PAC公司DISP-8通道声发射仪,前置放大器为2/4/6型,门槛为35dB,传感器也是结构检测中使用的R15型单端传感器。采集分析为关联图分析方法,采集参数为:Hits VS channels(撞击VS通道历程图)、ASL vs Times(平均信号电平VS时间历程图)、Hits VS time(撞击VS时间历程图),这三个图的设置简单,易分析。阀门的密封检测在其本体声发射检测后进行。
因管汇台旋塞阀体积小,结构复杂,在整套装置中往往阀门两端都有其他管线通过丝扣与其联结,这就造成了对信号在传播中的大幅度衰减,为了减少衰减的影响提高信号的采集率,单纯对阀门进行密封检测,将传感器直接贴在阀体表面就可以进行检测。
某2″×70MPa管汇台旋塞阀阀门泄露检测:
(1)密封试验方法:
第一次试压:开启1、2阀,关闭3、4、5阀,由B处进压,A处开启,试3、4、5阀密封性能。
第二次试压:开启4、5阀,关闭3、2、1阀,由B处进压,A处开启,试1、2阀密封性能。阀门分布图如图1。
在试验中,如果不用声发射,是很难检查出阀门的泄漏的,虽然压力表上可以看出泄漏后的压降,但是根本不能判断是哪个阀在漏,需要近距离靠近阀门观察,危险系数高。
用声发射检测方法就非常简单:将传感器贴在阀门本体上,对监测显示进行分析就可以直观看出泄漏的阀门;同时也可以进行远距离监测,避免接近带压阀门,保障了检测人员的安全。
(2)声发射检测:
1)第一次试压:开启1、2阀,关闭3、4、5阀。由B处进压,A处开启,试验压力70.0MPa,稳压期间压力缓慢下降,压降速度为0.6MPa/min,已经超出标准规定的压降范围。肉眼观察,并未发现阀体可见渗漏,推断为阀体内部泄漏。声发射仪采集到大量泄漏信号来至于3阀门(图2),由此可以远距离判断泄漏源为3阀。声发射检测结果中可以看到,采集的hits参数在泄漏较小时Counts、Energy、Rise time、Duration、ASL参数都较小;泄漏明显时这些变量参数都较大。
2)第二次试压:开启1、2阀,关闭3、4、5阀。由B处进压,A处开启,试验压力70.MPa,稳压期间压力缓慢下降,压降速度仍然为0.6MPa/min,已经超出标准规定的压降范围。通过对声发射信号的分析,快速确定出泄漏源为3阀门(声发射采集图如图3)。
4 现场管汇台阀门密封性能声发射检测采集简要
(1)检测前调试好声发射检测设备,并在加压前检测背景噪声5min;
(2)加压为逐级加压,1/3额定压力处暂停3分钟,并开始采集信号;
(3)加压过程中可不采集信号(避免加载过程中的信号干扰);
(4)额定工作压力稳压工况下开始采集信号5分钟。如遇到异常,应该立即泄压,以便处理;
(5)稳压过程中可远距离观察阀体的渗漏,不可靠近带压阀门。
5 结束语
本文就运用DISP-8通道声发射设备进行阀门泄漏检测提出了一些建议和结果分析方法。借鉴传统的泄漏信号分析方法,根据现场特定的检测对象,提出了更快捷和方便的分析方法—对采集到的Hits、Events参数和通道关系进行综合分析;而对于ASL和RMS只是作为一个辅助手段来分析。本文提到的分析方法和图形设置都非常简单,属声发射检测基础技术范围,对检测人员要求低,有利于在阀门泄露检测技术中普及使用。
目前运用声发射检测阀门密封性能已成为在新疆试油公司管汇检测中的必要手段,因现场试验中声发射检测的高灵敏度和可靠性,已得到客户高度认可,甚至客户要求每次密封检测都必须上声发射技术。
运用声发射检测系统,通过对硬件设置进行改变来延伸其检测范围和领域,这在节约成本的同时也满足检测需求,既节约资源又能发挥检测人员动手和创新能力,对一个检测队伍来说是有益的。
参考文献
[1]张学军.声发射技术在阀门检漏中的运用[M].北京,科学出版社,2004:391-402
[2]袁振明,马羽宽,何泽云.声发射技术及其应用[M].北京:机械工业出版社,1985:21-35.
[3]王祖荫.声发射技术基础[M].济南,山东科学出版社,1990.