固體顆粒介質用球閥的故障原因分析及解決方案

金屬硬密封球閥越來越多地應用于殼牌、德士古等行業，而其應用介質在油、氣、水的基礎上增加了煤粉、煤渣、渣漿及硅粉等高黏結性、高硬度的固體顆粒。由于固體顆粒介質的特殊性，應用于此類介質的球閥使用一段時間后，易出現內漏、卡澀，開關不到位等故障。當球閥卡澀、開關不到位等情況出現時，執行器的持續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，進而影響整個生產線。
    目前，不管是進口品牌硬密封球閥，如BURGMANN、ARGUS、NELES、VTI、MOGAS等，還是國內生產的硬密封球閥，應用于固體顆粒介質工段時，均容易出現內漏和卡澀現象。為了增加系統在線正常運行的時間，對金屬硬密封球閥結構進行優化，優化后的安特威金屬硬密封球閥在含固體顆粒介質工段的運行效果良好。
    二、故障原因分析
    根據客戶使用情況調查，應用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率較高，容易出現內漏、卡澀等故障，一般金屬硬密封在線運行時間*多為半年左右，甚至兩三個月就出現故障，這也成為制約整個裝置長期運行的瓶頸。
    1.內漏原因分析
    球閥內漏與工藝介質的性質、運行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關。球閥內漏直接主要原因：一是密封面涂層沖刷（見圖1），二是介質對密封面的剝落與腐蝕（見圖2）。

研究表明，金屬硬密封球閥，密封副之間存在著黏結的現象，如果密封副選取不合適，密封面之間就會產生嚴重的黏結，在開關過程中密封面之間就嚴重拉傷。
    球閥在開啟瞬間，由于上下相對游壓差較大，流通間隙較小，流速較快，此時固體顆粒介質會對球閥密封副產生強烈的沖刷，隨著球閥開關頻率不斷增加，沖刷增加而逐漸失效，*終導致球閥嚴重內漏。
    2.卡澀及開關不到位原因分析
    固體顆粒用球閥卡澀及開關不到位的直接原因如下：
    1）密封面拉傷。
    2）固體顆粒介質在閥腔內堆積。
    3）軸承、軸套等不做硬化處理或設計結構不合理。
    有些工段開啟壓差很大，溫度較高，導致密封面摩擦力較大，開關所需克服的摩擦力所做的功大部分轉化為熱能，升高了密封面的溫度，更加惡化了附著磨損和氧化磨損的趨勢，隨著開關次數的增加，密封面很容易拉傷，造成開關卡澀。
    采用雙重軸承設計和軸套硬化處理，既增加閥桿轉動的旋轉點，又通過增加不同硬度的硬化材料來提高雙重軸承和軸套硬化的耐磨性和強度，保證了閥門長期高頻率地開關而不會導致閥桿與軸承、軸套拉傷。
    三、優化方案
    固體顆粒用金屬硬密封球閥，由于其應用介質的特殊性，密封面的整體壽命均較短，無法很好地滿足現場實際使用需求，存在很大的**隱患。從閥門整體結構出發，優化不同部位的設計，如密封面材質選擇、開口碟簧設計、卸灰槽設計及閥座結構優化等，可有效提高應用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進而可提高整個球閥在線運行時間。
    1.密封面材質選擇
    經過國內外許多球閥供應商試驗研究表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，更沒有*佳的適用于任何場合的特殊材料。根據工藝介質條件及操作要求，采用合適硬質合金材料，并采用合理的密封結構，才能有效預防密封副黏結。
    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、良好導熱性及導電性的硬質合金涂層材料。該硬質合金涂層徹底解決了高壓、高溫、純凈氣體工況下硬質合金黏結，氧化、熱量積累以及靜電放電等難題，其應用于固體顆粒介質時，無論在耐磨性能還是使用壽命上都得到了很大的提升。
    在密封結構上，采用定量壓縮、雙軸承、開口碟簧補償等結構設計，保證高溫、常溫和低溫下開關扭矩穩定及開關到位。