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固體顆粒介質(zhì)用球閥的故障原因分析及解決方案

金屬硬密封球閥越來(lái)越多地應(yīng)用于殼牌、德士古等行業(yè)，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(shí)間后，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀，開(kāi)關(guān)不到位等故障。當(dāng)球閥卡澀、開(kāi)關(guān)不到位等情況出現(xiàn)時(shí)，執(zhí)行器的持續(xù)輸出力可能對(duì)整閥主要操作件造成破壞，閥門(mén)被迫下線維修，進(jìn)而影響整個(gè)生產(chǎn)線。
目前，不管是進(jìn)口品牌硬密封球閥，如BURGMANN、ARGUS、NELES、VTI、MOGAS等，還是國(guó)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(shí)，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(yùn)行的時(shí)間，對(duì)金屬硬密封球閥結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yùn)行效果良好。
二、故障原因分析
根據(jù)客戶使用情況調(diào)查，應(yīng)用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率較高，容易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀等故障，一般金屬硬密封在線運(yùn)行時(shí)間*多為半年左右，甚至兩三個(gè)月就出現(xiàn)故障，這也成為制約整個(gè)裝置長(zhǎng)期運(yùn)行的瓶頸。
1.內(nèi)漏原因分析
球閥內(nèi)漏與工藝介質(zhì)的性質(zhì)、運(yùn)行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關(guān)。球閥內(nèi)漏直接主要原因：一是密封面涂層沖刷（見(jiàn)圖1），二是介質(zhì)對(duì)密封面的剝落與腐蝕（見(jiàn)圖2）。

研究表明，金屬硬密封球閥，密封副之間存在著黏結(jié)的現(xiàn)象，如果密封副選取不合適，密封面之間就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的黏結(jié)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中密封面之間就嚴(yán)重拉傷。
球閥在開(kāi)啟瞬間，由于上下相對(duì)游壓差較大，流通間隙較小，流速較快，此時(shí)固體顆粒介質(zhì)會(huì)對(duì)球閥密封副產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，隨著球閥開(kāi)關(guān)頻率不斷增加，沖刷增加而逐漸失效，*終導(dǎo)致球閥嚴(yán)重內(nèi)漏。
2.卡澀及開(kāi)關(guān)不到位原因分析
固體顆粒用球閥卡澀及開(kāi)關(guān)不到位的直接原因如下：
1）密封面拉傷。
2）固體顆粒介質(zhì)在閥腔內(nèi)堆積。
3）軸承、軸套等不做硬化處理或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。
有些工段開(kāi)啟壓差很大，溫度較高，導(dǎo)致密封面摩擦力較大，開(kāi)關(guān)所需克服的摩擦力所做的功大部分轉(zhuǎn)化為熱能，升高了密封面的溫度，更加惡化了附著磨損和氧化磨損的趨勢(shì)，隨著開(kāi)關(guān)次數(shù)的增加，密封面很容易拉傷，造成開(kāi)關(guān)卡澀。
采用雙重軸承設(shè)計(jì)和軸套硬化處理，既增加閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，又通過(guò)增加不同硬度的硬化材料來(lái)提高雙重軸承和軸套硬化的耐磨性和強(qiáng)度，保證了閥門(mén)長(zhǎng)期高頻率地開(kāi)關(guān)而不會(huì)導(dǎo)致閥桿與軸承、軸套拉傷。
三、優(yōu)化方案
固體顆粒用金屬硬密封球閥，由于其應(yīng)用介質(zhì)的特殊性，密封面的整體壽命均較短，無(wú)法很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用需求，存在很大的**隱患。從閥門(mén)整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，優(yōu)化不同部位的設(shè)計(jì)，如密封面材質(zhì)選擇、開(kāi)口碟簧設(shè)計(jì)、卸灰槽設(shè)計(jì)及閥座結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，可有效提高應(yīng)用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進(jìn)而可提高整個(gè)球閥在線運(yùn)行時(shí)間。
1.密封面材質(zhì)選擇
經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外許多球閥供應(yīng)商試驗(yàn)研究表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，更沒(méi)有*佳的適用于任何場(chǎng)合的特殊材料。根據(jù)工藝介質(zhì)條件及操作要求，采用合適硬質(zhì)合金材料，并采用合理的密封結(jié)構(gòu)，才能有效預(yù)防密封副黏結(jié)。
在密封面材料選擇上，通過(guò)大量的試驗(yàn)，對(duì)幾十種密封副材料進(jìn)行配比試驗(yàn)，從中挑出了具有超強(qiáng)工況針對(duì)性、抗黏接性、抗氧化性、良好導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性的硬質(zhì)合金涂層材料。該硬質(zhì)合金涂層徹底解決了高壓、高溫、純凈氣體工況下硬質(zhì)合金黏結(jié)，氧化、熱量積累以及靜電放電等難題，其應(yīng)用于固體顆粒介質(zhì)時(shí)，無(wú)論在耐磨性能還是使用壽命上都得到了很大的提升。
在密封結(jié)構(gòu)上，采用定量壓縮、雙軸承、開(kāi)口碟簧補(bǔ)償?shù)冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證高溫、常溫和低溫下開(kāi)關(guān)扭矩穩(wěn)定及開(kāi)關(guān)到位。

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