石油化工装置阀门密封及泄漏问题分析

陈小丽

（连云港沃利帕森工程技术有限公司南京分公司，江苏南京210019）

石油化工装置阀门密封及泄漏问题分析

陈小丽

（连云港沃利帕森工程技术有限公司南京分公司，江苏南京210019）

本文介绍了石油化工装置阀门的密封性能，系统阐述了阀门及填料函泄漏的影响因素以及外漏问题的解决方式，并分析了阀门密封性能在线检测技术的应用现状，以期提高石油化工装置阀门部件的密封性能目的。

石油化工装置；阀门；密封；泄漏

阀门密封性能是指阀门各个密封部位对介质泄漏的阻止及应对能力，可作为评价阀门装置质量水平的最主要的技术和性能指标。

在石油化工装置的具体使用中，阀门性能应当重点评估两方面，一是阀门外漏可能性，二是阀门内漏可能性。首先，阀座与关闭件相接触部分的阀门连接，即阀门密封副。若在实际使用中该部位阀门装置的密封性能失效，则会导致阀门出现一定程度上的内泄漏问题，影响该性能的因素包括制造工艺水平较低、密封面变形、介质腐蚀等。其次，阀杆与填料函连接部位，该部位密封性能低下会导致出现外泄漏问题。由该问题所产生的不良影响包括石油化工能源浪费，环境污染甚至危及安全，必须引起高度关注。

1 阀门外漏的影响因素与处理方式

1.1 阀门外漏的影响因素

1.1.1 阀杆泄漏

阀杆可以带动启闭件动作，以控制阀门的开启与关闭。阀杆表面粗糙程度直接影响阀门整体密封性能。在石油化工装置中，与阀杆接触的材料以非金属类材料为主，容易填充接触面微观空隙。但由于阀杆需长期运动，因此粗糙度过大时会导致阀杆出现不均匀性磨损，从而导致泄漏问题的产生。此外，阀杆的不直度也可能直接影响阀门的整体密封性能。

1.1.2 填料函泄漏

填料函的主要构成包括填料、填料垫、填料箱及填料压盖（见图1）。在石油化工阀门的实际使用中，多发现介质可能在密封填料部位泄漏，主要原因包括以下几个方面：填料压盖固定不牢，发生松动；密封填料不严密；填料老化；填料受阀杆表面磨损影响。

图1 填料函结构示意图

1.1.3 阀盖部泄漏

阀盖部密封结构为静密封结构，在法兰连接密封工况下，若阀门公称直径偏小，则多选择螺纹连接密封形式[1]。一旦垫片的材质、类型、尺寸与设计值出现偏差，或法兰密封面加工质量有所缺陷，都可能导致泄漏问题的发生。

1.2 阀门外漏的解决方法

1.2.1 解决阀杆所致泄漏问题的措施

提高阀杆相关密封性零部件的加工精度与水平；适当提高阀杆部件的密封耐磨性能；选择适宜的填料组合与填料形状；选择合理的阀杆填料预压力水平。此外，由于在阀杆材料的选型中会受到其所应用介质环境条件的影响，因此为提高其耐磨性水平，还可采取一系列表面预处理技术，如镀金、热处理、渗透氮等，在不影响阀杆材料韧性水平的基础上预防阀门外漏缺陷的产生。

1.2.2 解决填料函所致泄漏问题的措施

一是对阀门盘根压盖结构形式进行优化设计，如选用分体式压盖，该结构设计方案能够使填料函压圈自动对中，螺栓借助于压圈及压盖所产生压力在填料盘根上均匀分布[2]，从而能够使填料密封性能达到理想状态。此外，也可采用具有弹性密封面的密封结构，其结构设计如图2所示。该结构方案能够补偿热变形，充分利用阀瓣热变形技术达到密封效果，利用舌形阀瓣结构的微小弹性避免泄漏问题的产生。此外，针对石油化工应用领域中以流体介质为主的特点，可以优先选择使用V型球阀，如图3所示进行设计。在该设计方案下，球芯与阀杆采用普通连接方式，回差比小，可靠性高，承载力高，对液体调节有良好性能。二是针对直径在50nm范围内的截止阀及闸阀装置而言，为从设计环节入手提高其密封性能，可在密封部位采用柔性石墨编制填料的方案，利用其强度较高的特点避免石墨被挤入阀腔内，中间部分则可应用模压石墨环以达到良好的预防效果。三是在阀门装置填料压盖部位设计碟型弹簧活载结构，由于柔性石墨填料在热烧损及磨损因素的双重作用下会产生一定程度上的应力松弛现象，故引入碟型弹簧活载结构后能够使填料压盖始终对填料产生较大的压力作用，进而预防因填料松弛或压盖螺栓松弛所产生密封失效问题，提高阀门密封性能。

图2 具有弹性密封面的密封结构设计图

图3 V型球阀密封结构设计图

1.2.3 解决阀盖部泄漏问题的措施

可优先通过提高密封副加工精度的方式，起到改善其密封性能的效果。目前建议将密封面加工精度控制在1.6～3.2μm，同时需要注意对加工质量进行严格控制，切忌出现径向加工缺陷，以免导致泄漏量的急剧增加。此外，针对高压阀门，可通过优先选用自密封结构的方式优化本部位密封效果。

2 石油化工装置中阀门在线检测

为及时发现阀门装置存在的运行缺陷与问题，石油化工生产企业需重视对在线检测技术的合理应用，如直接观察法、质量/流量平衡法、运行压力法及负压波法等。其中，质量/流量平衡法以质量守恒定律为前提，通过监测对比阀门泄漏时进入阀门质量流量水平与流出阀门质量流量水平是否相等的方式，判定阀门是否在运行过程中出现外漏问题；负压波则是利用阀门泄漏部位因流体物质损失所致局部液体密度减小，进而产生瞬时性压力降低及速度差征象，并以泄漏条件下的压力为参考标准，以泄漏减压波为负压波，通过测定时间差及传播速度的方式对泄漏位置进行准确定位，具有精度高、成本低、使用方便的优势。

3 结语

阀门是石油化工装置系统中非常重要的构成元件之一，阀杆部位的磨损、填料函固定失效、介质不合理、螺栓紧固不当等因素，均可能对阀门装置的密封性能产生一定程度的影响。因此，为控制石油化工装置阀门泄漏问题，关键在于对阀门的结构设计进行优化，提高阀门、填料函等关键部件的设计加工进度，选择科学合理的结构型式，也可在适宜的阀门类型中使用全新的密封结构，从而促进阀门装置整体密封性能的提升，降低泄漏事故的发生率，从而确保阀门在石油化工装置中安全、可靠、长效运行。

[1]潘明浩.阀门在线检测技术在石油化工装置中的应用前景[J].企业技术开发,2014,33(6):32-33.

[2]李永艳.石油化工装置设计及施工过程中存在的问题与对策[J].中国高新技术企业,2015,22(16):69-70.

Study on Valve Sealing and Leakage in Petrochemical Plant

Chen Xiao-li
(Lianyungang Wally Parson Engineering Company Limited Nanjing Branch,Jiangsu Nanjing 210019)

The sealing performance of the valve used in petrochemical industry was analyzed briefly,the influence factors of valve and packing leakage and the way to solve the problem of leakage were summarized,and the application of on line detection technology of valve sealing performance was studied briefly,hoping to improve the sealing performance of the valve components in petrochemical plants.

Petrochemical plants;Valve;Seal;Leakage

TE687

A

2096-0387（2016）06-0065-03

陈小丽（1984-）,女，南京六合人，仪表工程师，研究方向：仪表设计。