固定式球阀密封及内漏原因介绍_硬密封球阀泄漏原因

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固定式球阀密封及内漏原因分析

摘要：针对天然气长输管线应用最多的的管线球阀结构分析，以各接触面密封结构为例，对不同要求的密封场合球阀的密封结构设计，及密封过程中阀座、阀杆等处的受力情况的分析，提出阀门内漏的原因及解决方式。

主题词：球阀

密封原理

受力分析

内漏

一、固定式球阀的结构

1、基本结构：CHV（成高）FTB系列的管线球阀，阀体为锻钢材料，抛光球体，两个浮动阀座及固定阀座支撑（端盖），一个球体上支撑杆（阀杆）及阀腔底部的固定支撑轴。阀体与端盖连接有两种形式：螺栓连接和焊接连接。管线与阀门连接方式分为法兰连接和焊接连接。

2、先进的球体固定方式：球体固定是通过上下对称的两个轴承座固定在阀体上，由阀体承受球体的轴向载荷，阀杆不承受弯曲载荷，实现纯扭矩操作。

固定球阀结构图

二、管线球阀的密封原理及结构

1、可靠的密封：

阀座密封是由软密封材料与金属支撑圈的组件完成，FTB－DR型球阀的阀座密封是由橡胶软密封加金属的组合密封结构。阀座支撑圈是轴向浮动的，通过弹簧预压实现阀座的低压密封，并合理的设计阀座的活塞效应。同时设计防火密封环实现失火状态下的密封。

FTB系列的管线球阀阀座座圈是由两个环状零件组合在一起构成，这种结构，有利于密封圈损坏后的更换，其中主密封圈横截面非O型形状，而近似三角形，这种结构有利于固定密封圈。

2、双截断和泄放（DBB)：

当球体处于全开或全关位置时，阀体中腔介质可以通过排污和放空装置排放。

3、阀座活塞效应的原理：

球阀密封原理（非强制性密封）是依靠介质自身的压力实现的。多采用固定球支撑和弹簧加载的浮动密封圈座，利用活塞效应的原理。

活塞效应密封原理

1、活塞效应原理：

使管道内介质作用在不同面积的环面上，由于压力作用的面积不同，则在阀座前后端面产生一个压力差。压差将浮动阀座压紧在球体上，形成双向密封。当管道内压力高于腔体压力时，上、下游阀座受力：受力面积：A2－A1=X，压差X与预载弹簧弹力，将阀座压紧在球面上。

2、球阀上下游密封原理：

上下游均采用双活塞效应阀座。

球阀上下游同时密封的原理图

上、下游阀座：阀座为双活塞效应阀座。当阀腔内压力值小于管道内介质的压力时，阀座受力面积分析，上游阀座的反向受力面积A2，大于阀座的正向受力面积A1，即A2-A1=X1.下游阀座正向受力面积A3小于阀座反向受力面积A4，即A4-A3=X2压差X1作用力的方向与介质流动方向一致，X1与弹簧弹力将上游阀座压在球面，形成上游密封。压差X2作用力的方向与介质流动方向相反，X2与弹簧弹力将下游阀座压紧在球面上，形成下游密封。

3、阀腔积压向上游泄放及下游密封原理：

上游采用的单活塞效应的阀座，下游为双活塞效应阀座。

阀腔积压向上游泄放及下游密封的原理图

上游阀座：上游阀座为单活塞效应。当阀腔内的压力Pb值超过管道内介质压力P时，对上游阀座受力面积分析，阀座正向的受力面积A6大于阀座反向受力面积A5，即A6－A5=X3,压差作用力的方向与管道内介质流向相反，压差X3克服弹簧弹力将阀腔内的压力泄放到上游管道。当阀腔内压力与管道内压力相等时，阀座在弹簧的作用下回到密封状态。

下游阀座：下游阀座为双活塞效应。当阀腔内压力Pb值超过管道内介质压力P时，对下游阀座受力面积分析，阀座正向的受力面积A7小于阀座反向受力面积A8，即A8-A7=X4,压差作用力的方向仍与介质流向相反。压差X4与弹簧弹力合力将阀座压紧在球面上，实现下游密封。

说明：在阀腔内压力较高时，下游仍能进行密封，实现无介质向下游泄漏。

综上所述：阀座的密封结构有单活塞效应和双活塞效应之分，当上游阀座采用单活塞效应，下游阀座采用双活塞效应时，球阀是上游满足自卸压，下游可靠密封；此时，球阀的安装方向有最佳方向。当上下游阀座均为双活塞效应时，球阀为上下游阀座同时密封，密封的可靠性比单向密封要高。天然气管线球阀一般采用双活塞效应的阀座，阀体上需加装自动泄压阀。

3、辅助密封结构： 阀杆/压盖部位和侧阀体阀座支撑部位都设计有注脂孔，安装有注脂阀，如果阀杆/压盖或阀座密封有所损伤而引起泄漏，可使用密封脂实现紧急密封密封。每个注脂阀内都装有一个内藏式止回阀，防止密封脂在介质的作用下外溢。

双重密封阀座结构图

三、球阀泄漏原因及处理措施

对于固定式球阀而言，不同生产商生产的球阀，密封的原理相同：均是利用活塞效应原理，利用介质自身压力实现密封。在材料的选择和机械加工的水平上差异是造成阀门出现内漏的原因之一。

阀门在使用过程中，存在不同程度，不同形式的内漏。造成阀门内漏的原因有以下几个方面：

1、阀门安装和施工质量

在搬运和安装的过程中，没有注意对密封面的及密封圈座的保护，密封面受到损伤，管道吹扫不彻底，使得阀门在操作过程中，有固体颗粒卡于球体与密封座圈之间，导致密封面损伤。出现这种情况，使用辅助密封结构对其进行注密封脂，可以缓解泄漏或实现紧急密封。根本解决方式是更换密封结构。

2、机械加工，密封圈材质和装配过程问题

在阀门加工过程中，密封面及各环面加工平整度，糙度不满足要求。环面面积加工不精确。软密封材料的选择不满足其工况。装配过程中，对各密封环面的表面检查、处理不到位，存在铁屑、焊渣，密封圈与圈座固定不牢，固定压片时损伤密封圈等均能造成阀门内漏隐患。

3、根据应用场合合理选择阀门

密封原理不同，球阀的使用位置得到限制。在对密封要求较高的地方，要采用双活塞效应的球阀，对于要求零泄漏的地方，可考虑使用轨道式球阀。

4、日常维护保养操作

在新建管道使用过程中，因管道内有杂质，所有阀门应尽量减少进行开启、关闭过程操作，减少杂质对阀门密封面的损伤。因润滑脂有粘附作用，注入阀门后润滑脂刚好附在密封面上，密封面容易粘附杂质，阀门在没有问题的情况下严禁注密封脂。由于球阀不同的结构特点，应制定不同的维护方案，并严格执行。在阀门每次操作后，或每6个月在阀杆和密封剂注射口少量加注一些润滑脂。

赵晶宝 维抢修中心