固體顆粒介質(zhì)用金屬硬密封球閥的故障解決方案

金屬硬密封球閥越來越多地應(yīng)用于煤礦、鋼鐵等行業(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)的球閥使用一段時間后，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀，開關(guān)不到位等故障。當(dāng)球閥卡澀、開關(guān)不到位等情況出現(xiàn)時，執(zhí)行器的持續(xù)輸出力可能對整閥主要操作件造成破壞，閥門被迫下線維修，進(jìn)而影響整個生產(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，均容易出現(xiàn)內(nèi)漏和卡澀現(xiàn)象。為了增加系統(tǒng)在線正常運行的時間，對金屬硬密封球閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的我公司金屬硬密封球閥在含固體顆粒介質(zhì)工段的運行效果良好。

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，無法很好地滿足現(xiàn)場實際使用需求，存在很大的安全隱患。從球閥整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，優(yōu)化不同部位的設(shè)計，如密封面材質(zhì)選擇、開口碟簧設(shè)計、卸灰槽設(shè)計及閥座結(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)而可提高整個球閥在線運行時間。

1、金屬硬密封球閥密封面材質(zhì)選擇

經(jīng)過國內(nèi)外許多球閥供應(yīng)商試驗研究表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，更沒有最佳的適用于任何場合的特殊材料。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，通過大量的試驗，對幾十種密封副材料進(jìn)行配比試驗，從中挑出了具有超強工況針對性、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，無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、開口碟簧補償?shù)冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計，保證高溫、常溫和低溫下開關(guān)扭矩穩(wěn)定及開關(guān)到位。

2、金屬硬密封球閥開口碟簧設(shè)計

固體顆粒球閥越來越多地選用碟簧。通常情況下，應(yīng)用碟簧的球閥即使在無壓狀態(tài)下，開啟與關(guān)閉過程中產(chǎn)生的扭矩并不相同，開啟過程中扭矩波動不大，但關(guān)閉過程出現(xiàn)扭矩先最大，再突然變小，然后再逐漸增大。原因是：球體在關(guān)閉的過程中，閥座的側(cè)斜造成起始位置與關(guān)閉位置的碟簧預(yù)緊力不同，相應(yīng)的球座密封副之間產(chǎn)生的摩擦力不同。

開口碟簧(見圖3)可解決閥門開啟與關(guān)閉扭矩不同的問題。球閥開啟或關(guān)閉過程中，開口碟簧使開口側(cè)碟簧力變小，此時雖然閥座側(cè)斜，一側(cè)的碟簧壓縮量會增大，但由于開口的影響，使兩側(cè)的力基本相同，保證球閥關(guān)閉與開啟過程中球座密封副產(chǎn)生的摩擦力矩基本恒定，降低了整臺球閥的開關(guān)扭矩，有效降低閥門卡澀故障。

圖3 開口碟簧示意

3、金屬硬密封球閥卸灰槽設(shè)計

進(jìn)入到碟簧位置的物料相對螺旋彈簧較易排出，但物料同樣會進(jìn)入碟簧部位，在碟簧與閥體或閥帽之間形成的三角區(qū)域內(nèi)形成堆積。而且隨著壓力的變化，閥座組件會產(chǎn)生少量的位移，碟簧變形產(chǎn)生的空隙就會被固體或漿料介質(zhì)填滿，使碟簧無法復(fù)位，失去其固有的彈性補償功能而處于卡死狀態(tài)，從而造成球與座之間的摩擦力只增不減，越來越大，最終導(dǎo)致球閥開始出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，直至執(zhí)行器無法驅(qū)動球閥，最終導(dǎo)致球閥故障。

球閥設(shè)計的卸灰槽(見圖4)已很好地解決了這一難題，物料進(jìn)入碟簧后，通過卸灰槽排出碟簧后面的灰或漿料，碟簧不會被卡死，良好地保證了閥座的靈活性，從而使該處扭矩很好地控制在設(shè)計范圍內(nèi)，保證了系統(tǒng)的正常運行。

圖4 卸灰槽示意

1.閥球 2.閥座 3.碟簧 4.泄灰槽

除了上述所提及的優(yōu)化設(shè)計，針對固體顆粒介質(zhì)用金屬硬密封球閥，設(shè)計、生產(chǎn)此類閥門時還確保了以下方面：

(1)閥座邊緣銳利，起刮刀作用，防止固體顆粒進(jìn)入閥座與球體的縫隙。

(2)閥座環(huán)與閥體內(nèi)的閥座槽的表面粗糙度與幾何公差合理，保證其間的石墨密封材料在規(guī)定的操作及設(shè)計溫度下不會被擠壓，同時防止由于熱膨脹引起的閥座黏結(jié)。

(3)座槽內(nèi)的閥座環(huán)支撐部件在球閥運轉(zhuǎn)過程中不會發(fā)生傾斜。

(4)閥座表面具有足夠的硬度，無污跡、裂縫或凹痕。

金屬硬密封球閥應(yīng)用于煤粉、煤渣、渣漿及硅粉等固體顆粒介質(zhì)時，易出現(xiàn)內(nèi)漏、卡澀、開關(guān)不到位等故障。通過優(yōu)化球閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計生產(chǎn)出來的球閥具有壽命長，耐高溫、耐磨損和耐沖刷等特點，已廣泛應(yīng)用于高溫、高壓、腐蝕以及結(jié)晶、沉淀性介質(zhì)工況，如煤化工的鎖煤閥、鎖渣閥、鎖灰閥以及各自的輸送、放空或平衡管線上。