PBQ340F/XDN800大口径偏心半球阀

PBQ340F/XDN800大口径偏心半球阀 高温半球阀密封座损坏的原因分析及解决方法：
随着我国高分子材料技术水平的不断提高，新型耐高温工程塑料(如增强聚四氟乙烯、对位聚苯等)不断涌现，良好的密封性能和加工工艺性使这些材料在高温半球阀中作为非金属密封材料也逐渐得到应用。但是在实际使用中，我们发现非金属密封座损坏现象频繁发生，严重影响高温半球阀的密封性能和使用寿命。通过对受损密封座的分析研究和大量的试验验证，终密封座损坏的问题得到了解决。以下就高温半球阀密封座损坏的现象以及发生原因和解决方法作详细介绍，供大家探讨和研究。
1、高温半球阀密封座损...
高温半球阀密封座损坏的原因分析及解决方法：
随着我国高分子材料技术水平的不断提高，新型耐高温工程塑料(如增强聚四氟乙烯、对位聚苯等)不断涌现，良好的密封性能和加工工艺性使这些材料在高温半球阀中作为非金属密封材料也逐渐得到应用。但是在实际使用中，我们发现非金属密封座损坏现象频繁发生，严重影响高温半球阀的密封性能和使用寿命。通过对受损密封座的分析研究和大量的试验验证，终密封座损坏的问题得到了解决。以下就高温半球阀密封座损坏的现象以及发生原因和解决方法作详细介绍，供大家探讨和研究。
1、高温半球阀密封座损坏过程及现象
浮动半球阀受损密封座这种半球阀是直通结构，其密封座材料采用耐350℃的对位聚苯（PPL）。对高温半球阀在进行高温高压(6.0MPa饱和蒸汽)的试验过程中，发现了密封座发生损坏，损坏的密封座通过现场半球阀的仔细观察，发现损坏的均为介质进口端的密封座，且损坏的都是同一部位，而出口端的密封座完好无损。为了确定密封座损坏是发生在半球阀开启过程中还是关闭过程中，特对半球阀进行了分段试验。首先在半球阀关闭状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热10分钟后，开启半球阀，然后检查密封座是否损坏；接着在半球阀开启状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热10分钟后，关闭半球阀，然后检查密封座是否损坏，结果两次试验均发生进口端密封座损坏现象。由于浮动球结构的半球阀密封原理是在介质压力的作用下，球体产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，从而保证出口端密封，因此进口端密封座的损坏，并不影响半球阀的密封性能，具有一定的隐蔽性。当半球阀进行多次启闭动作后，进口端密封座损坏处还会发生部分剪切脱落现象。
2、高温半球阀密封座损坏原因分析
基于密封座损坏部位的一致性，且开启和关闭过程中均会发生进口端密封座同一部位的损坏，因此对半球阀的启闭过程进行了细致的分析。当半球阀处于关闭状态时，球体在介质压力的作用下，产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，由出口端的密封座保证半球阀的密封。而进口端密封座因球体的后移，其底面的密封比压减小，压力介质进入到密封座底面，在介质压力的作用下，其密封面与球体全部接触，此时密封座不会受到损坏；当半球阀进行开启操作时，进口端与半球阀中部将形成一个流道，产生一个压力差，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座将失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。当继续转动球体时，密封座弯曲部分将被通道边缘所压坏而丧失其密封性能。
半球阀关闭过程中的情况也大致相同。当半球阀处于开启状态时，由于半球阀装配预紧力的作用和非金属密封座的热膨胀(非金属的膨胀系数比金属的膨胀系数大很多)，使得通道中的介质无法进入到半球阀的中部，因此通道与半球阀中部存在一个压力差，但此时密封座的密封面与球体全部接触，密封座不会发生变形；当半球阀进行关闭操作时，球体通道与半球阀的中部有一个压力平衡的过程，即介质由通道进入半球阀中部，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。进口端的密封座总是被损坏，那是因为当继续关闭半球阀时，进口端与半球阀中部之间，半球阀中部与出口端之间又将产生一个压力差，进口端与半球阀中部间的压力差使进口端阀座的弯曲变形更加严重，而半球阀中部和出口端间的压力差将使出口端密封座的变形得到修复，当继续转动球体时，进口端密封座的弯曲变形部分将被球体通道边缘所压坏，而出口端密封座不会受到损伤。
3、高温半球阀解决方法
通过节的故障原因分析，知道了进口端密封座损坏都是由于进口端与半球阀中部存在的压力差引起的，因此只要减少进口端和半球阀中部之间的压力差，就可以避免密封座在开启和关闭过程中发生弯曲变形而遭受损坏，对此，在不改变原浮动球直通半球阀结构的基础上，采取了下面两种措施：
(1)对于开启过程中半球阀密封座发生损坏的原因，采取了在密封座外圈开六条31mm的卸压槽由于半球阀关闭时，球体在介质压力的作用下，产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，进口端密封座底面处于松弛状态，通过卸压槽可以迅速平衡进口端和半球阀中部的压力，开启过程中，由于卸压槽增加了介质从进口端到半球阀中部的流通面积，因此减少了进口端和半球阀中部之间的压力差，从而消除了密封座发生弯曲变形引起损坏的因素。
(2)对于关闭过程中半球阀密封座发生损坏的原因，采取了在球体上钻一个Φ6mm的卸压孔。该卸压孔使半球阀在开启状态下，进口端和半球阀中部得到连通，从而使半球阀关闭过程中所产生的压力差*消失，*消除了密封座发生弯曲变形的可能。
随着工业不断发展,对半球阀尤其高温、高压恶劣工况半球阀的需求量越来越大,要求半球阀具有耐磨、耐冲刷、耐高温、耐腐蚀等性能更高。而传统的全通径半球阀虽然球心、阀座经过堆焊、喷涂等技术进行表面硬化处理,但是其使用寿命、成本和性能等依然满足不了使用要求,如工业硅、煤化工、高炉煤气、燃气等苛刻工况。双偏心半球阀是吸取了不同结构的半球阀、V形阀和轨道半球阀等的优点开发出的新产品。半球阀采用双偏心密封结构,磨损小,力矩小,密封性能好,使用寿命长。阀座和半球体采用特殊硬化工艺处理,特别适应苛刻工况下耐磨损,耐冲刷,耐腐蚀,耐高温的要求。
2、结构特点
2.1、半球体
偏心半球阀的半球体采用双偏心设计,密封效果可靠,瞬间脱开,力矩小,使用寿命长。可应用在输送颗粒类介质的苛刻工况中。其结构原理是半球体中线与阀杆中线偏置尺寸a,与阀座中线偏置尺寸b,全开时球体与阀座*脱开,并有一定的间隙,回转半径分为长半径和短半径,在长半径转动轨迹的切线会与阀座密封面形成一个θ角,在阀门启闭时,半球相对阀座面有一个渐出脱离(如图在开度10°时,芯已经*脱离)和渐入挤压的作用,从而降低了启闭时阀座与半球之间的机械磨损和擦伤,提高了使用寿命。
1.底盖2.护圈3.阀座4.半球体5.阀体6.填料7.支架8.轴1.阀座2.半球体
2.2、阀座
(1)阀座采用浮动设计,降低加工难度,保证阀座中心线与半球体球面中心点重合,从而提高密封性能。阀座与阀体有间隙d,装配时利用半球体定位可找正中线,保证阀座密封面与半球体球面全接触,解决了因加工精度误差造成的泄漏,提高了半球阀的使用性能及寿命。
1.护圈2.阀座3.半球体4.阀体
(2)阀座与阀体间的密封采用硬密封结构,适合高温、高压工况。阀座与阀体密封接触面尺寸c值小,各自密封面精度要求高,在装配时,护圈用电动冲击扳手安装,不仅是护圈与阀体啮合,防止松动,而且是阀座摩擦转动,符合机械振动啮合原理,使阀座与阀体可靠密封。
(3)阀座与阀体及阀座与半球体采用两点硬密封,因此该阀可以应用在高温、高压工况。
2.3、其他零部件
阀门整体采用模块化设计,结构简单,可靠性好,通用性较高。阀杆采用防喷出结构。驱动方式多样化,阀杆、支架与执行机构的连接尺寸符合ISO5211标准,可直接与各种规范执行机构组配。常用的驱动方式有手动、气动、液动、气液联动和电动等,从而提高了偏心半球阀运用性能。
3、使用范围
偏心半球阀适合各类通用行业的要求用阀,如水、污水、废水、蒸汽、气、纸浆等介质。如果密封副采用Cr-Mn-Si硬质合金,并有耐火、防爆和防静电功能,则适合中高温介质要求,如煤气、焦炉煤气、水煤气和天然气等场合。如果密封副(半球体、阀座)和阀体流道经过碳化钨特殊工艺处理,则具有高效节能,耐磨性好,密封性能可靠,操作轻便,启闭迅速,使用寿命长等优点,是工业硅行业管道上用阀的理想选择。因其半球体与阀座瞬间脱离及瞬间压紧特性,适合介质中含有颗粒的苛刻工况,可广泛应用于冶金、选矿、电力等生产工艺中高炉煤粉喷吹、制粉系统以及除尘系统中的各种管线控制。在瞬间脱离及瞬间压紧过程中,半球体与阀座有挤切作用能除去密封面上的结垢与粘连物,能保证密封严紧可靠。是输送易沉淀结垢、结晶析出的溶液矿浆、料浆灰渣等工艺流程中两相混流体介质用阀的理想选择。
4、结语
目前,偏心半球阀的多种规格产品已应用在不同行业的各种项目上,效果良好,并逐步在扩大使用范围。
金属硬密封半球阀越来越多地应用于壳牌、德士古等行业，而其应用介质在油、气、水的基础上增加了煤粉、煤渣、渣浆及硅粉等高黏结性、高硬度的固体颗粒。由于固体颗粒介质的特殊性，应用于此类介质的半球阀使用一段时间后，易出现内漏、卡涩，开关不到位等故障。当半球阀卡涩、开关不到位等情况出现时，执行器的持续输出力可能对整阀主要操作件造成破坏，阀门被迫下线维修，进而影响整个生产线。
目前，不管是进口品牌硬密封半球阀，如BURGMANN、ARGUS、NELES、VTI、MOGAS等，还是国内生产的硬密封半球阀，应用于固体颗粒介质工段时，均容易出现...
金属硬密封半球阀越来越多地应用于壳牌、德士古等行业，而其应用介质在油、气、水的基础上增加了煤粉、煤渣、渣浆及硅粉等高黏结性、高硬度的固体颗粒。由于固体颗粒介质的特殊性，应用于此类介质的半球阀使用一段时间后，易出现内漏、卡涩，开关不到位等故障。当半球阀卡涩、开关不到位等情况出现时，执行器的持续输出力可能对整阀主要操作件造成破坏，阀门被迫下线维修，进而影响整个生产线。
目前，不管是进口品牌硬密封半球阀，如BURGMANN、ARGUS、NELES、VTI、MOGAS等，还是国内生产的硬密封半球阀，应用于固体颗粒介质工段时，均容易出现内漏和卡涩现象。为了增加系统在线正常运行的时间，对金属硬密封半球阀结构进行优化，优化后的安特威金属硬密封半球阀在含固体颗粒介质工段的运行效果良好。
二、故障原因分析
根据客户使用情况调查，应用于固体颗粒工段的金属硬密封半球阀，故障频率较高，容易出现内漏、卡涩等故障，一般金属硬密封在线运行时间多为半年左右，甚至两三个月就出现故障，这也成为制约整个装置长期运行的瓶颈。
1.内漏原因分析
半球阀内漏与工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料的选择等因素相关。半球阀内漏直接主要原因：一是密封面涂层冲刷（见图1），二是介质对密封面的剥落与腐蚀（见图2）。
研究表明，金属硬密封半球阀，密封副之间存在着黏结的现象，如果密封副选取不合适，密封面之间就会产生严重的黏结，在开关过程中密封面之间就严重拉伤。
半球阀在开启瞬间，由于上下相对游压差较大，流通间隙较小，流速较快，此时固体颗粒介质会对半球阀密封副产生强烈的冲刷，随着半球阀开关频率不断增加，冲刷增加而逐渐失效，终导致半球阀严重内漏。
2.卡涩及开关不到位原因分析
固体颗粒用半球阀卡涩及开关不到位的直接原因如下：
1）密封面拉伤。
2）固体颗粒介质在阀腔内堆积。
3）轴承、轴套等不做硬化处理或设计结构不合理。
有些工段开启压差很大，温度较高，导致密封面摩擦力较大，开关所需克服的摩擦力所做的功大部分转化为热能，升高了密封面的温度，更加恶化了附着磨损和氧化磨损的趋势，随着开关次数的增加，密封面很容易拉伤，造成开关卡涩。
采用双重轴承设计和轴套硬化处理，既增加阀杆转动的旋转点，又通过增加不同硬度的硬化材料来提高双重轴承和轴套硬化的耐磨性和强度，保证了阀门长期高频率地开关而不会导致阀杆与轴承、轴套拉伤。
三、优化方案
固体颗粒用金属硬密封半球阀，由于其应用介质的特殊性，密封面的整体寿命均较短，无法很好地满足现场实际使用需求，存在很大的安全隐患。从阀门整体结构出发，优化不同部位的设计，如密封面材质选择、开口碟簧设计、卸灰槽设计及阀座结构优化等，可有效提高应用于固体颗粒的硬密封半球阀密封面的使用寿命，进而可提高整个半球阀在线运行时间。
1.密封面材质选择
经过国内外许多半球阀供应商试验研究表明，密封面的涂层材料选择并非越硬越好，更没有佳的适用于任何场合的特殊材料。根据工艺介质条件及操作要求，采用合适硬质合金材料，并采用合理的密封结构，才能有效预防密封副黏结。
在密封面材料选择上，通过大量的试验，对几十种密封副材料进行配比试验，从中挑出了具有*工况针对性、抗黏接性、抗氧化性、良好导热性及导电性的硬质合金涂层材料。该硬质合金涂层*解决了高压、高温、纯净气体工况下硬质合金黏结，氧化、热量积累以及静电放电等难题，其应用于固体颗粒介质时，无论在耐磨性能还是使用寿命上都得到了很大的提升。
在密封结构上，采用定量压缩、双轴承、开口碟簧补偿等结构设计，保证高温、常温和低温下开关扭矩稳定及开关到位。
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