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大口徑閥門為啥開關困難的解決方法以及3種機械密封失效形式

2021-03-02

 在日常使用大口徑截止閥的用戶中,大家常常反映一個問題,即大口徑截止閥用于壓差比較大的介質上,如蒸汽、高壓水等帶壓工作時,往往很難關閉,無論怎樣用力關閉,總是發現會有泄漏現象,很難關緊,造成這一個問題的原因是由閥門的結構設計與人的極限水平輸出力矩不足而造成的。

大口徑閥門開關困難原因分析

一般成人的水平極限輸出力為60-90kg,視不同體質而言。

一般截止閥的流向設計為低進高出,當人對閥門進行關閉時,人體水平推動手輪轉動,使閥瓣向下運動,實現關閉,這時需要克服三個方面的力的組合,即:

1) 軸向頂推力Fa;

2) 填料與閥桿磨擦力Fb;

3) 閥桿與閥瓣芯部接觸摩擦力Fc

力矩總合為∑M=(Fa+Fb+Fc)R

可以看出口徑越大,軸向頂推力也越大,當接近關閉狀態時,軸向頂推力幾乎接近管網實際壓力(因關閉時P1-P2≈P1,P2=0)

如一個DN200口徑的截止閥用于10bar的蒸汽管上,其僅第一項關閉軸向頂推力 Fa=10×πr2=3140kg,而關閉所需的水平圓周力已接近正常人體所能輸出水平圓周力的極限,所以由一個人在這種工況下完全關閉此閥是非常困難的。

當然有的工廠建議將這類閥門反向安裝,解決了難以關閉的問題,但又出現了關閉后難以打開的問題。

大口徑截止閥易出現內漏的原因分析

大口徑截止閥一般應用在鍋爐出口、主分汽缸、蒸汽主管等位置,這些位置存在以下問題:

1)鍋爐出口一般壓差比較大,因此蒸汽流速也更大,對密封面的沖蝕破壞作用也較大。另外鍋爐燃燒效率不可能為100%,這樣將造成鍋爐出口處的蒸汽含水量較大,容易對閥門密封面產生空化和汽蝕的破壞作用。

2)對鍋爐出口及分汽缸附近的截止閥,因為剛從鍋爐出來的蒸汽,有間斷性過熱現象發生,在其飽和的過程中,若鍋爐水軟化處理不是太好的話,往往會析出部分酸堿物質,對密封面會造成腐蝕和沖蝕; 還有一些可結晶的物質也可能附著在閥門密封面結晶,導致閥門無法嚴密密封。

3)分汽缸進出口閥門,因閥后蒸汽用量因生產要求等原因而造成用汽量時大時小, 在流速變化較大的情況下,很容易產生閃蒸、空化等現象,從而對閥門密封面造成沖蝕、汽蝕等破壞作用。

4)一般大管徑管線開啟時,都需要對管線進行預熱,而預熱過程一般要求很小流量蒸汽通過,使管線緩慢均勻加熱到一定程度后,才能完全開啟截止閥,避免造成管線急速升溫而產生過度膨脹,損壞部分連接部位。但在這過程中, 閥門開度往往非常小,從而造成沖蝕率遠遠大于正常使用效果,嚴重降低閥門密封面的使用壽命。

大口徑截止閥開關困難解決方法

1)首先建議選擇波紋管密封截止閥,避免了柱塞閥、填料閥摩擦阻力影響,開關更輕松。

2)閥芯閥座一定要選擇耐沖蝕、磨損性能好的材質,如司太立硬質合金;

3)建議采用雙閥瓣結構,不因小開度而造成過度沖蝕,影響使用壽命及密封效果。

機械密封因腐蝕引起的失效為數不少,常見的腐蝕類型有如下幾種。

1. 表面腐蝕

由于腐蝕介質的侵蝕作用,機械密封件會發生表面腐蝕,嚴重時也可發生腐蝕穿孔,彈簧件更為明顯,采用不銹鋼材料,可減輕表面腐蝕。

2. 點腐蝕

彈簧套常出現大面積點蝕或區域性點蝕,有的導致穿孔,此類局部腐蝕對密封使用尚不會造成很嚴重的后果,不過大修時也應予更換。

3. 晶間腐蝕

碳化鎢環不銹鋼環座以銅焊連接,使用中不銹鋼座易發生晶間腐蝕,為克服敏化的影響,不銹鋼應進行固溶處理。

4. 應力腐蝕破裂

金屬焊接波紋管、彈簧等在應力與介質腐蝕的共同作用下,往往會發生斷裂,由于彈簧的突然斷裂而使密封失效,一般采用加大彈簧絲徑加以解決。

5. 縫隙腐蝕

動環的內孔與軸套表面之間、螺釘與螺孔之間,O形環與軸套之間,由于間隙內外介質濃度之差而導致縫隙腐蝕,此外陶瓷鑲環與金屬環座間也會發生縫隙腐蝕,一般在軸套表面噴涂陶瓷,鑲環處表面涂以黏結劑以減輕縫隙腐蝕。

6. 電化學腐蝕

異種金屬在介質中往往引起電化學腐蝕,它使鑲環松動,影響密封,一般亦采取在鑲接處涂黏結劑的辦法予以克服。

熱損失效

1. 熱裂

如密封面處于干摩擦、冷卻突然中斷、雜質進入密封面、抽空等,會導致環表面出現徑向裂紋,從而使動靜環急劇磨損,密封面泄漏迅速增加。碳化鎢環熱裂現象較常見。

2. 發泡、炭化

使用中如石墨環超過允許使用溫度,則其表面會析出樹脂,摩擦面附近樹脂會發生炭化,當有黏結劑時,又會發泡軟化,使密封面泄漏量增加,密封失效。

3. 老化、龜裂、溶脹

橡膠超過許用溫度繼續使用,將迅速老化、龜裂、變硬失彈。如是有機介質則溶脹失彈,這些均會導致密封失效。

凡因熱損引起的密封失效,關鍵在于盡量降低摩擦熱,改善散熱,使密封面處不發生溫度劇變。

磨損失效

摩擦副若用材耐磨性差、摩擦因數大、端面比壓(包括彈簧比壓)過大、密封面進入固體顆粒等均會使密封面磨損過快而引起密封失效。采用平衡型機械密封以減少端面比壓及安裝中適當減少彈簧壓力,有利于克服因磨損引起的失效,此外,選用良好的摩擦副材料可以減輕磨損。
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