呂朝帥，李保林，張親保

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

0 引言

海洋石油富島有限公司化肥一部日產(chǎn)1000 t 合成氨裝置，采用英國ICI-AMV 工藝，由承包商日本千代田化工建設(shè)，具有能耗低、大型化、運行安全可靠、流程簡潔的特點。該裝置于1996 年竣工投產(chǎn)，生產(chǎn)裝置已運行24 年，在裝置的回收系統(tǒng)（氨回收+氫回收）中，由于裝置設(shè)備的使用年限長，調(diào)節(jié)閥運行中發(fā)生填料函介質(zhì)泄漏情況逐漸增多。對其中一臺（KV11008）調(diào)節(jié)閥填料泄漏問題，進(jìn)行充分的技術(shù)分析，介紹實施改造的過程，處理的結(jié)果及得出結(jié)論，并提出該類調(diào)節(jié)閥后續(xù)的處理建議。

1 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)功能

1.1 工藝流程

合成氨裝置回收單元回收的氨作為產(chǎn)品氨送至氨收集槽08D001，回收的氫氣返回氨合成回路循環(huán)段補充進(jìn)入合成塔反應(yīng)并調(diào)整H2/N2比。該閥門在氫回收單元，其全關(guān)時進(jìn)出口介質(zhì)壓差達(dá)10 MPa，正常運行狀態(tài)下溫度變化范圍為5～230 ℃。

1.2 結(jié)構(gòu)

KV11008 調(diào)節(jié)閥是氣動控制閥，其開關(guān)形式是氣開式、事故關(guān)閥型。調(diào)節(jié)閥是低進(jìn)高出流向，調(diào)節(jié)閥的行程為50 mm。

調(diào)節(jié)閥KV11008 閥桿如圖1 所示，閥桿與閥芯是一體的，其總長度340 mm，閥桿長度為200 mm，閥芯20 mm，導(dǎo)向120 mm。其導(dǎo)向的作用是減小閥芯在流體的作用下的異常振動，保證閥桿與閥座、填料函的同軸度。經(jīng)測量閥桿中填料相對運動長度為110 mm。

圖1 調(diào)節(jié)閥KV11008 閥桿

1.3 填料密封機(jī)理

該閥門原裝使用成型石墨填料，用于閥門閥桿與填料相對滑動部位的外密封，防止內(nèi)部介質(zhì)從相對滑動部位向外泄漏。該閥門一般有8～9 層填料。假設(shè)最上面為第1 層填料，第1 層填料受到填料壓蓋和填料壓環(huán)的共同作用，在此作用力下使填料軸向壓縮，進(jìn)而往徑向膨脹產(chǎn)生塑性變形，擠壓填料函內(nèi)壁和抱緊閥桿，起到密封作用，直至達(dá)到填料足夠的塑性變形，再將剩下的填料壓蓋和填料壓環(huán)的共同作用力傳到第2 層，以此類推直至最底層。填料的變形量也由第1 層逐漸變小，因而填料密封性能由上到下逐漸減弱。

2 調(diào)節(jié)閥填料處介質(zhì)泄漏的原因分析

2.1 填料壓環(huán)與閥桿和填料函間隙對填料處介質(zhì)泄漏的影響

通過對填料壓環(huán)進(jìn)行測繪結(jié)果如圖2 所示，其內(nèi)徑為17.04 mm、外徑為25.90 mm。測得填料函內(nèi)徑為26.00 mm，則可以算出填料壓環(huán)與填料函半徑間隙為（26.00-25.80）/2=0.10 mm。

圖2 原裝填料壓環(huán)

測得閥桿直徑為16.00 mm，則可以計算出填料壓環(huán)與閥桿半徑間隙為（17.04-16.00）/2=0.52 mm。

如果閥桿與填料壓環(huán)、填料函與填料壓環(huán)間隙過小則可能導(dǎo)致其抱死，影響閥門的正常使用；如果閥桿與填料壓環(huán)、填料函與填料壓環(huán)間隙過大則可能引起閥門填料經(jīng)常性介質(zhì)泄漏，嚴(yán)重時介質(zhì)帶動填料泄漏，導(dǎo)致每次緊固作用較小，多次緊固后會將預(yù)留緊固余量用完，造成嚴(yán)重泄漏，且無法緊固，影響裝置安全穩(wěn)定運行。

考慮閥桿、填料壓環(huán)和填料函的熱脹冷縮、材料銹蝕、同軸度等問題，其半徑間隙應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)某叽绶秶?/p>

由此通過測量計算，發(fā)現(xiàn)該閥門填料壓環(huán)與閥桿間隙過大，應(yīng)對其做適當(dāng)調(diào)整。

2.2 填料材質(zhì)對填料處介質(zhì)泄漏的影響

該閥門最初原裝填料為成型柔性石墨環(huán)填料，其潤滑性和膨脹性都比較好，但缺點是材質(zhì)脆、易碎。

為克服成型柔性石墨環(huán)填料材質(zhì)脆、易碎的缺點，建議將成型柔性石墨環(huán)填料與黑四氟編制填料共同使用，因為黑四氟編制填料很柔軟、潤滑好、沒有石墨顆粒在盤根表面，且溫度適用范圍小于280 ℃，可與成型柔性石墨環(huán)填料互補。

因成型柔性石墨環(huán)填料的材質(zhì)脆、易碎，應(yīng)放在填料函中間部位使用；由于黑四氟編制填料很柔軟，且沒有石墨顆粒在盤根表面，能很好的防止成型柔性石墨環(huán)填料磨下的石墨粉掉入回路，固將其安裝在上、下層面。

2.3 填料的安裝方法對閥門填料處介質(zhì)泄漏的影響

填料裝入填料函內(nèi)以后，經(jīng)填料壓蓋和壓環(huán)對填料施加軸向力，使填料產(chǎn)生徑向塑性變形，與閥桿緊密接觸，形成密封。由該閥門填料密封的機(jī)理得知，該閥門填料在填料函中一般呈現(xiàn)上緊下松，受力不均勻，導(dǎo)致下部分填料徑向變形少，密封效果差。

在加裝填料時應(yīng)一層一層添加，并同時用專用工具逐層壓緊，使填料初始便產(chǎn)生足夠的徑向塑性變形，使填料壓環(huán)和壓蓋施加的軸向力更多的傳遞下去，最終讓各層填料受到相對均勻的壓力。特別要注意的是若用盤根或開口填料，其開口方向上下層應(yīng)錯開120°或180°放置。

3 調(diào)節(jié)閥的處理

（1）對調(diào)節(jié)閥填料函進(jìn)行解體檢修，對填料壓環(huán)進(jìn)行設(shè)計改造重新加工。改造后的填料壓環(huán)如圖3 所示，將其內(nèi)徑由17.04 mm更改為16.40 mm，計算得出填料壓環(huán)與閥桿半徑間隙為（16.40-15.98）/2=0.21 mm。此時填料壓環(huán)與閥桿半徑間隙由檢修前的0.53 mm 減小至0.21 mm，填料壓環(huán)與填料接觸面增大，填料壓環(huán)均勻的將填料壓蓋的緊固力均勻地傳遞到填料，保證填料的密封性。

（2）該閥門原裝壓環(huán)在實際檢修中，由于閥門填料緊固至較低位置，所以填料壓環(huán)壓入填料函較深，露出的部分較少，填料更換檢修時填料壓環(huán)難以取出。在填料壓環(huán)上部增加1×1 的溝槽（圖3），方便填料檢修時填料壓環(huán)的取出，節(jié)省檢修的人力物力，縮短了檢修時間。

圖3 改造后的填料壓環(huán)

（3）將原裝成型柔性石墨環(huán)填料與黑四氟編制填料共同使用，克服成型柔性石墨環(huán)填料的缺點，增加密封可靠性。

通過上述的處理，對閥門進(jìn)行清洗、回裝、投運，調(diào)節(jié)閥填料經(jīng)常泄漏介質(zhì)的故障消除，故障問題得到解決。

4 存在問題分析

（1）閥門填料壓環(huán)設(shè)計存在不足，填料壓環(huán)內(nèi)徑與閥桿間隙過大，造成填料壓緊不均勻，不能使填料均勻的包圍在閥桿和周圍，對閥桿施加的徑向密封力也不均勻，使填料密封存在薄弱點，是造成閥門填料處介質(zhì)泄漏的原因之一。

（2）閥門填料材質(zhì)的選用存在不足，由于閥門內(nèi)介質(zhì)為氫氣，其氣體分子極小，密封難度很高，進(jìn)而對填料材質(zhì)的要求也很高。所以原裝的成型柔性石墨環(huán)填料材質(zhì)脆、易碎，是造成閥門填料處介質(zhì)泄漏的次要原因。

5 結(jié)束語

由于閥門填料壓環(huán)的設(shè)計和填料材質(zhì)的選用不合理，運行中存在閥門填料處介質(zhì)泄漏在所難免，閥門填料部分經(jīng)過改造和修理徹底解決了閥門填料處介質(zhì)泄漏問題，基本上保證了閥門填料在一個運行周期內(nèi)安全穩(wěn)定運行。

因為閥門填料密封機(jī)構(gòu)存在設(shè)計上的不足，經(jīng)過此次對填料機(jī)構(gòu)的填料壓環(huán)及填料材質(zhì)安裝的設(shè)計改造，已經(jīng)基本解決填料處介質(zhì)泄漏問題。但是由于該閥門工作溫差大、壓力高，且介質(zhì)為氫氣，所以該調(diào)節(jié)閥填料處仍有介質(zhì)泄漏的可能性。為確保裝置的穩(wěn)定運行，仍需對該閥門進(jìn)行適時的監(jiān)測，另外建議在可燃?xì)?、有毒氣體的閥門選型應(yīng)選擇波紋管密封形式的閥門。