閘閥軟填料密封泄漏原因與應(yīng)對(duì)措施淺析

楊雄剛

摘? 要：軟填料密封作為閘閥填料滑動(dòng)密封主要材料，其結(jié)構(gòu)特征在實(shí)際使用過程中存在易磨損、密封穩(wěn)定性能差等問題，影響閥門的正常使用，對(duì)安全生產(chǎn)影響較大。本文結(jié)合成品油管道各型閘閥軟填料密封的使用、維護(hù)情況，針對(duì)填料密封的泄漏原因、處理方法概述和總結(jié)，并對(duì)軟填料密封的使用壽命提出了建議。

關(guān)鍵字：閘閥；成品油管道； 軟填料密封；泄漏

一、軟填料密封工作原理

軟填料密封是一種傳統(tǒng)的接觸式密封，應(yīng)用很廣泛。它是安裝在填料函內(nèi)，通過壓蓋上的壓緊螺栓的軸向預(yù)緊力的作用使軟填料產(chǎn)生軸向壓縮變形，填料產(chǎn)生徑向膨脹，同時(shí)，軟填料的膨脹受到填料室與軸的阻礙，使其與兩者產(chǎn)生膨脹緊貼，填充填料函和閥桿軸之間的間隙實(shí)現(xiàn)密封。由于閥桿軸是加工而成，表面會(huì)有一定的粗糙度，其與填料之間存在一定的泄漏通道，當(dāng)軟填料應(yīng)用于高壓閥門時(shí)，當(dāng)帶壓介質(zhì)通過軸表面時(shí)，軟填料多次截流而達(dá)到密封，所以軟填料在高壓閥門上使用都是多盤使用。

軟填料的徑向壓緊力由擰緊壓蓋螺栓產(chǎn)生，填料受到軸向壓緊后，產(chǎn)生摩擦力致使壓緊力沿軸表面而減小，同時(shí)所產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸表面而阻止介質(zhì)外漏。填料的壓緊力由內(nèi)向外，由小變大，多數(shù)在靠近壓蓋的2-3圈的填料徑向壓力最大，從而達(dá)到密封閥門的效果，如圖1（a）。介質(zhì)壓力與壓蓋預(yù)緊力的作用方向是相反的，由于軟填料的截留作用，其壓力由內(nèi)向外逐漸減小，直到完全密封，如圖1（c）。軟密封在壓入填料函時(shí)，理想狀態(tài)下每一圈都?jí)旱煤艹尚?，與軸的徑向接觸面最大，截流效果最佳，如圖1（b），密封更好，受力狀況更合理，摩擦小，使用壽命長。

二、軟填料的泄漏原因

1、填料自然磨損

填料的壓緊力是通過緊固壓蓋螺栓提供，力的大小是固定的。軟填料為動(dòng)密封，閥門在開關(guān)過程中，閥桿軸與軟填料表面會(huì)產(chǎn)生摩擦，軟填料的徑向貼合會(huì)受到軸的運(yùn)動(dòng)而磨損，增大了間隙，降低每層軟填料的截流效果，從而產(chǎn)生泄漏。因此，潤滑不良或填料壓得過緊都會(huì)加劇填料密封的磨損。這屬于填料在使用過程中的自然磨損。在填料密封中部設(shè)置隔離環(huán)，不僅可起到增加填料壓蓋對(duì)下部填料緊固力的作用，還可通過側(cè)面開孔，使?jié)櫥禹槙车臄D入填料函，加強(qiáng)對(duì)填料密封的潤滑，以減小填料的自然損耗。

2、閥桿軸彎曲變形

閥桿彎曲變形，會(huì)導(dǎo)致閥桿與軟填料不同心，閥桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)軟填料的擠壓使摩擦不均勻，導(dǎo)致間隙過大，出現(xiàn)滲漏，且這種滲漏在閥桿運(yùn)動(dòng)期間尤為明顯（輕微的閥桿變形在閥門無動(dòng)作時(shí)可能出現(xiàn)無滲漏的情況，不易被發(fā)現(xiàn)）。使閥桿產(chǎn)生彎曲變形的因素主要有：

①閥門前后壓差較大。如輸油泵的出口閥門在啟泵時(shí)，閥前（介質(zhì)流動(dòng)方向）壓力大于閥后壓力，高壓介質(zhì)作用于閥板，對(duì)閥桿產(chǎn)生了與運(yùn)動(dòng)方向垂直的橫向推力，閥桿克服推力運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生彎曲變形，變形的閥桿軸運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)填料產(chǎn)生擠壓，增大了間隙，出現(xiàn)介質(zhì)泄漏。

②介質(zhì)在通過閥門時(shí)會(huì)有些雜質(zhì)掉到閥座與閥板之間，關(guān)閥過程中，受雜質(zhì)的阻擋，出現(xiàn)閥門開關(guān)時(shí)閥板卡阻，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出行程不變，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的持續(xù)做功下，閥桿的彈性變形量增大，閥桿軸運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)軟填料的擠壓力度同樣增大，直至超過填料的補(bǔ)償范圍，出現(xiàn)滲油。長此以往，閥桿就出現(xiàn)不可逆的彈性變形，即永久的彎曲變形。

3、閥桿軸劃傷

不論是過大的彈性變形還是永久的彎曲變形，閘閥在開關(guān)過程中，都會(huì)加劇閥桿軸與填料的擠壓和摩擦，直至與填料壓蓋內(nèi)孔、填料補(bǔ)油環(huán)、填料涵壁產(chǎn)生金屬摩擦，不僅增加了閥桿軸的粗糙度，刮痕還增加了閥桿軸表面與填料之間的密封間隙，超出填料補(bǔ)償范圍而產(chǎn)生泄漏。同時(shí)，粗糙的閥桿軸，還會(huì)刮傷軟填料，造成填料破損、刮傷，使填料喪失了密封的作用，出現(xiàn)滲油。

三、針對(duì)閥門填料存在泄漏的更換措施

1、擇優(yōu)選擇填料的材質(zhì)

由于填料密封時(shí)產(chǎn)生徑向抱緊力，從而在閥門開關(guān)時(shí)有較大的摩擦力，軸有一定的徑向跳動(dòng)，導(dǎo)致軟填料極易磨損、變形，所以軟填料的材料應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：

a.對(duì)閥門閥桿軸摩擦力較小，帶有一定的潤滑效果（如石墨材質(zhì)）；

b.對(duì)閥桿軸無腐蝕；

c.應(yīng)適應(yīng)當(dāng)前介質(zhì)工況的需要。

不同填料有不同的性能，通過合理的選擇搭配使用，可極大的提高軟填料的使用壽命，如膨脹石墨抗拉和剪切能力低，但潤滑效果好，可以與石棉填料、炭纖維填料、聚四氟乙烯等組合使用，既可達(dá)到一定的潤滑效果，也可以在壓蓋壓力作用下達(dá)到一定的壓緊徑向壓緊力的平衡，有效增加密封效果， 補(bǔ)償能力更強(qiáng)，壽命更長。

2、做好閘閥的日常維護(hù)

企業(yè)應(yīng)遵照閘閥的產(chǎn)品說明書、操作或維護(hù)規(guī)程，制定閘閥的維護(hù)策略，規(guī)定諸如閥門填料密封、閥門報(bào)警信息的檢查、注脂潤滑和排污等事項(xiàng)的頻次、內(nèi)容及要求，做到有規(guī)可依?；鶎訂挝粦?yīng)按照閘閥的維護(hù)規(guī)程和企業(yè)的要求，嚴(yán)格落實(shí)閘閥的維護(hù)保養(yǎng)策略。需要注意的是，基層單位在完成閘閥的維護(hù)后，要將維護(hù)的結(jié)果如實(shí)記錄或反饋至上級(jí)部門，定期組織技術(shù)人員根據(jù)維護(hù)的結(jié)果制定優(yōu)化閘閥維護(hù)策略的措施。如輸油泵進(jìn)出口閥門的開關(guān)頻次較高、閥板前后壓差較大，可適當(dāng)縮短維護(hù)周期或作為關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)檢查等。

3、填料泄漏處置方法

①增加壓蓋壓緊力。由于軟填料有一定的彈性，增加壓蓋的壓緊力，使軟填料發(fā)生彈性變形，補(bǔ)償軟填料與填料函或軸之間的磨損間隙，達(dá)到消除軟填料密封初期滲油故障的目的。壓蓋壓緊力是由填料函上部往下部傳遞，閥腔內(nèi)介質(zhì)對(duì)軟填料的擠壓力是由填料函下部往上部傳遞，兩者具有作用方向相反、沿傳遞方向逐級(jí)減弱的特點(diǎn)。軟填料每一圈的壓縮變形也是由外向內(nèi)上向下逐漸減小，最終由填料壓蓋下的2-3圈填料實(shí)現(xiàn)節(jié)流密封的目的，多次調(diào)節(jié)壓蓋壓緊力遏制軟填料的泄漏故障后，其磨損也是最嚴(yán)重的，由此會(huì)出現(xiàn)壓蓋行程完全壓入而無法消除泄漏故障的情況。

②更換填料。對(duì)于條形填料密封，不管軟填料是成型填料還是線狀填料，都不能一次壓制成型而確保達(dá)到密封，要預(yù)估一定的調(diào)節(jié)壓縮量，再通過閥門的開關(guān)帶動(dòng)軟填料而壓緊壓蓋，從而最終達(dá)到密封的效果。依據(jù)《SY/T 6470 油氣管道通用閥門操作維護(hù)檢修規(guī)程》：一是在安裝填料時(shí)，應(yīng)將填料環(huán)逐道壓緊，且填料的填充高度應(yīng)以填料壓蓋壓入填料函不小于2mm，外露部分不小于填料壓蓋可壓入高度的2/3為宜。二是條形填料在切割時(shí)應(yīng)注意將填料端部成切30°或45°的斜口，且相鄰兩填料圈的對(duì)口錯(cuò)開90°～120°，以避免切口發(fā)生貫穿性泄漏；三是填料裝好后，閥桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和升降應(yīng)靈活，無卡阻、無泄漏。

4、填料壓入工具

成型式填料，組合式或切割條形狀填料更換時(shí)，填料壓入填料函都是由壓蓋完成壓入任務(wù)，但是壓蓋的壓入段長度沒有填料函總體長度長，只能靠一圈一圈的壓填料進(jìn)入填料函，軟填料在填料函內(nèi)無法保證壓制成型，填料徑向脹力未達(dá)到理想效果，對(duì)閥桿無法達(dá)到最大的貼合面積，截流效果不佳，導(dǎo)致新更換的軟填料密封性差。特制作如圖4所示填料壓制工具（圖中數(shù)據(jù)表示工具內(nèi)徑和閥桿之間的間隙，單位：mm），使填料在填料函內(nèi)貼緊成型，在一定的壓蓋壓力下抵抗介質(zhì)壓力能力增強(qiáng)，節(jié)流效果好，閥桿與填料之間摩擦力小，增加密封的使用壽命。

四、結(jié)束語

傳統(tǒng)的軟填料密封，存在很多不足和需要改進(jìn)的地方，需要各方的共同努力，使其從結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、成本等方面進(jìn)行改善，進(jìn)一步提升閥門的安全性能，為安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

作者單位：國家管網(wǎng)集團(tuán)華南公司貴州輸油部