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控制閥的新型密封方法

更新時間:2011-10-23 點擊量:1662

1、引言


  控制閥是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié),猶如人的手和腳??刂崎y調(diào)節(jié)流體流量,克服干擾來保證被控變量達到給定的工藝指標。控制閥的閥部分由閥的內(nèi)件和閥體組成,的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等。上閥蓋和填料函用于對閥桿密封和對閥桿進行導(dǎo)向,防止工藝介質(zhì)沿控制閥門的閥桿這個可動部件向外泄漏,它是閥體不可分割的一部分。


  常規(guī)的上閥蓋結(jié)構(gòu)形式一般有四種:普通型、散熱片型、長頸型和波紋管密封型。材質(zhì)一般有鑄鐵、鑄鋼和不銹鋼,填料函一般為聚四氟乙烯或柔性石墨。


  典型的控制閥的閥蓋由與閥體相同的材料或等效的材料制成。閥蓋承受與閥體相同的溫度和腐蝕性影響,閥桿密封在經(jīng)過幾百次的循環(huán)動作之后,就會磨損,在工程應(yīng)用中,流體壓力也會導(dǎo)致密封磨損;填料的選擇也是一個問題,填料選擇不當(dāng),控制閥的摩擦力增大而導(dǎo)致控制閥死區(qū)增大或者很容易使閥桿密封失效。


  因此,選擇控制閥,除了閥體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、執(zhí)行機構(gòu)、口徑計算外,還應(yīng)根據(jù)控制流體的壓力、溫度、壓差、流體的性質(zhì),合理選擇上閥蓋的結(jié)構(gòu)形式和填料函,以防止流體沿著控制閥閥桿泄漏出來,即應(yīng)充分考慮閥桿密封的性能和使用壽命。這在工程設(shè)計中顯得非常重要。


  在強腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝流體中,控制閥一般不采用普通型、散熱片型、長頸型上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)形式,因為此種結(jié)構(gòu)形式的密封性能和使用壽命極為有限。作者曾在生產(chǎn)現(xiàn)場做過相關(guān)實驗,采用304不銹鋼直行程控制閥調(diào)節(jié)濃硝酸和濃硫酸混酸流量,使用聚四氟乙烯填料密封結(jié)構(gòu),不到一個月經(jīng)過600次左右的全行程的控制閥閥桿的上下運動,聚四氟乙烯填料密封即*被破壞。在強腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝條件下,一旦閥桿密封被破壞,強腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝介質(zhì)從控制閥閥桿中泄漏出來,會對周邊環(huán)境和人身安全帶來嚴重的后果。


  采用波紋管密封型形式是解決上述問題的一個途徑。波紋管一般由不銹鋼做成。這種特殊的閥蓋結(jié)構(gòu)保護控制閥的填料函避免和流體接觸,一旦波紋管破裂,在波紋管上面的填料函結(jié)構(gòu)會防止波紋管破裂失效時產(chǎn)生的嚴重后果。在工程實際中,波紋管密封形式的選擇應(yīng)充分考慮波紋管密封的壓力的額定值會隨溫度的增高而降低,流體中不能有固體的顆粒存在,及波紋管材料的zui長循環(huán)動作壽命等。在不銹鋼不耐某些工藝介質(zhì)腐蝕的強腐蝕的場所,如工藝介質(zhì)為濕氯氣時,濕氯氣中含有的微量鹽酸會使不銹鋼波紋管很快被腐蝕,則控制閥閥桿不能采用波紋管密封的形式。


  在這種情況下,正確地選擇似乎是采用隔膜控制閥。隔膜控制閥采用了耐腐蝕的襯里和耐腐蝕隔膜,不用填料,可以*避免腐蝕性介質(zhì)向外泄漏,但其流量特性不是很好,且受隔膜襯里的限制,耐壓、耐溫性能較差,zui致命的是耐腐蝕隔膜片會由于上下折疊而造成疲勞損壞,壽命很短,一旦耐腐蝕隔膜片破裂,強腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝介質(zhì)會同樣從裂口處泄漏出來,因此,隔膜控制閥的使用受到了很大限制。


  因此,在強腐蝕、易揮發(fā)、有毒有害的工藝條件下,尋找一種可靠、經(jīng)濟和實用的控制閥上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)形式是保證控制閥可靠工作從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的關(guān)鍵。

2、控制閥閥桿的新型密封方法


  硝化棉硝化工序即濃硝酸和濃硫酸混酸和棉纖維反應(yīng)生成硝化棉,控制濃硝酸和濃硫酸混酸流量和棉纖維量的比例是保證硝化棉產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在硝化棉硝化工序自控系統(tǒng)的改造中,我們設(shè)計了一種新型的閥桿密封方式,成功地解決了調(diào)節(jié)濃硝酸和濃硫酸混酸流量控制閥的閥桿密封問題。
法蘭球閥


  在聚四氟乙烯填料密封的上方,我們設(shè)計了一個空腔,并且給這個空腔中通入惰性氣體(如氮氣,也可以是空氣),并且要求惰性氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質(zhì)的zui高壓力。這樣,控制閥在使用過程中,即使控制閥的聚四氟乙烯填料密封被破壞,由于氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質(zhì)的zui高壓力,強腐蝕、易揮發(fā)、有毒有害的氣體也無法泄漏出來。為保證空腔中氣體的壓力穩(wěn)定,防止氣體沿閥桿上下串氣,在空腔的下部,把聚四氟乙烯填料分割為上下兩部分,在中間加一不銹鋼隔墊,將氟橡膠O型密封圈嵌入不銹鋼隔墊內(nèi),隔墊上下用聚四氟乙烯填料將其夾緊。

       空腔上部的閥蓋中也嵌入氟橡膠O型密封圈,用螺栓將閥蓋壓緊。一般來講,氟橡膠O型密封圈的使用壽命是比較長的,高達上百萬次,只要氟橡膠O型密封圈的密封不被破壞,空腔中惰性氣體壓力會始終高于管道中工藝介質(zhì)的zui高壓力,因此,這種控制閥閥桿的密封結(jié)構(gòu)形式是非??煽康?,也很經(jīng)濟。

3、結(jié)束語


  這種密封結(jié)構(gòu)的控制閥在2001年成功地用于某公司硝化工序自動控制系統(tǒng)改造上,實現(xiàn)了硝化工序生產(chǎn)過程自動化,控制閥運行至今,從未發(fā)生過由于控制閥閥桿填料密封損壞而導(dǎo)致濃硝酸和濃硫酸混酸沿控制閥閥桿外泄事故。