1、概述
1.1原理
重慶建峰化肥有限公司化肥廠是一個年產300KT合成氨/520KT尿素的大型天然氣化肥裝置。在系統(tǒng)自動控制中，有許多調節(jié)閥在發(fā)揮著重要的作用。在這些調節(jié)閥中，套筒式調節(jié)閥占有比例達60%以上。套筒式調節(jié)閥的工作原理見圖一：介質進入閥腔內，在關閉的時候，有部分流體通過閥芯上部的平衡孔產生壓力和閥芯下部的介質產生的壓力平衡，也就是使閥芯所受的不平衡力相互抵消，所以對閥芯上開有平衡孔的套筒式閥又稱為壓力平衡式閥。它具有流量大、許用壓差高、防堵塞等優(yōu)點，但在大口徑（DN150mm以上）時普遍存在泄漏量大的缺點。泄漏量大在一定程度上造成系統(tǒng)消耗高、調節(jié)品質差，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降、環(huán)境污染等問題。
1.2階段故障統(tǒng)計
表一是我廠僅從2002年8月到2003年1月對套筒閥內漏的統(tǒng)計。其中9月我們還對
系統(tǒng)進行了設備大修。
表一 2002年8月-2003年1月套筒閥內漏統(tǒng)計
通過長期的統(tǒng)計調查，我們發(fā)現(xiàn)套筒式調節(jié)閥內漏對系統(tǒng)的影響相當大，特別是在原材料價格上漲，市場競爭激烈，產品價格下滑的今天。因此，節(jié)能降耗，提高系統(tǒng)運行的效能，維持系統(tǒng)穩(wěn)定是我們控制成本的一個有效的手段之一。
2、原因分析及常規(guī)處理
2.1檢修后閥沒有*關閉
這種情況比較常見，我們統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，這種故障所占比例高達21%。比如我廠的工藝
空氣流量調節(jié)閥100FV105，在2002年11月6日大修后開車時工藝反映內漏較大，如果不進行處理，可能會造成二段爐R1催化劑氧化，嚴重的會導致二段爐內形成爆炸性混合氣體而引發(fā)重大事故。后經過調整閥桿后內漏基本消除。這是因為全關后閥芯沒有接觸到閥座，也就是閥沒有關到位，或者說行程不夠。有的調節(jié)閥，在檢修后連接執(zhí)行機構的推桿和閥桿時，沒有按要求連接，造成表面上推桿走*行程，實際閥芯沒有關到位的故障。這種情況的處理只需要重新按要求連接推桿和閥桿就可以了。正確的連接應當是推桿走*行程，閥芯必須全開全關到位。對于哈佛塊夾持式連接的，不論調節(jié)閥是氣關還是氣開，通常的做法都是將閥芯壓到全關的位置，然后對執(zhí)行機構氣室加信號后連接（氣關的加到彈簧范圍上限，氣開的加到下限。比如一個20-100kpa的彈簧范圍的薄膜式執(zhí)行機構，氣關的加信號到100kpa,氣開的加信號到20kpa）。對于螺紋旋入式連接的，可以在閥桿上作標記，或采用其它方式。總之，要求在彈簧范圍的上限或下*連接后閥芯剛好能全關到位。
閥沒有關到位會產生內漏，而閥沒有緊密關閉也可能會引起內漏，沒有緊密關閉是指閥芯和閥座剛好接觸但沒有壓緊力，原因大多是因為執(zhí)行機構有效輸出力不夠。對于氣關式的調節(jié)閥，如果氣源沒有達到額定值，有的氣源值甚至達不到彈簧范圍上限，例如我們在某廠檢修到的一臺高壓蒸汽壓力控制閥100PV172，其彈簧范圍是70～190Kpa，而調節(jié)閥的氣源卻只有180Kpa，這樣即使給全關的信號，氣源還不能*壓縮彈簧，執(zhí)行機構推桿不能走*行程，也就不可能使閥全關。在我們沒有檢修之前，工藝反映該閥內漏嚴重，高壓蒸汽產量不夠，壓力較低。檢修后這種現(xiàn)象基本上消失了。
我們知道，在無負荷條件下，執(zhí)行機構輸出力計算公式為F=Po•Ae（Po為加載的信號氣壓，Ae為膜片有效面積）。在膜片面積一定的條件下，加載的信號氣壓越大，輸出力就越大。而正常運行中，我們需要閥全關時，有效的輸出力，如果以上式來計算是不行的，因為上式忽略了執(zhí)行機構里彈簧的反作用力。那么，閥全關時，有效的輸出力就應該是：氣開閥F0=Pr0•Ae（Pr0為彈簧范圍低值）；氣關閥F1=（P0-Pr1）•Ae（Pr1為彈簧范圍高值）。執(zhí)行機構的有效輸出力就需要在克服介質的不平衡力、填料的摩擦力后，產生一個余力壓緊閥芯。所以調節(jié)閥的氣源必須達到額定值，調節(jié)閥的有效輸出力才足夠大，才能夠把閥芯壓死在閥座上而不會內漏，所以必要時可以適當提高氣源值。而對于氣開閥，就要考慮預緊力的問題，所謂預緊力，其實也是有效輸出力，從F0=Pr0••Ae可以看出，預緊力實際上是彈簧產生的輸出力，這個力過小，就不能克服介質的不平衡力，介質就會頂開閥芯造成泄漏。因此氣開閥內漏，可以檢查彈簧的預緊力，預緊力過小的，應當適當增加預緊力以消除泄漏，增加預緊力，就是提高彈簧范圍的低值，也可以理解為提高彈簧的預壓縮量。
另外閥內件卡澀而使調節(jié)閥不能動作也容易引起內漏。我廠鍋爐給水閥100FV206，在2002年大修后開車不久，發(fā)現(xiàn)該閥泄漏較大，現(xiàn)場檢查閥芯被卡住，現(xiàn)場15%開度，總控全關，總控打開至30%后該閥才有反應，后反復動作，恢復正常。對于閥內件卡澀的，如果是因為有異物，在工藝運行允許的條件下，可以反復動作或開大閥位使異物沖走，不能沖走的或因為閥內件配合間隙過小，則需要解體處理閥內件了。
其它附件限位，比如手輪沒有回到自動的位置，或其它的機械限位裝置限位；還有閥門定位器沒有調整好；升壓器增益調整不當，使輸入信號在全關的時候，定位器或升壓器輸出沒有達到額定值，都可能導致閥不能*關閉，引起內漏。對于手輪或其它機械限位的，需要取消限位，使調節(jié)閥能全行程自動調節(jié)；而定位器和升壓器的調整，必須按要求調整到達標。比如定位器的調整，對于正作用定位器配氣關閥，當定位器的輸入信號為zui小值時（通常的氣信號為20kPa，電信號為4mA），定位器的輸出應當為零；在輸入信號為zui大值時（一般的氣信號為100kPa，電信號為20mA），定位器的輸出就應當達到氣源值。對于氣關閥，要使閥*關閉，必須是定位器的輸出達到zui大（也就是達到定位器的氣源值）。
2.2調節(jié)閥閥內件損傷或損壞。
2.2調節(jié)閥閥內件損傷或損壞。
閥內件損傷或損壞也是調節(jié)閥內漏的主要原因之一，有80%以上的內漏基本上都是這個原因。對于套筒閥而言，它的密封點有兩個，一個是閥芯與閥座的密封面，另一個是導向密封環(huán)。不論哪一個密封點有損壞，都會造成閥的內漏。從我廠多年的檢修結果來，內漏一般是閥芯或閥座密封面損傷。這種故障是zui常見的，引起故障的因素很多，一是由于工藝管道、容器檢修、焊接等原因使一些雜質、焊渣進入到調節(jié)閥中，在調節(jié)閥關閉的時候，雜質卡在閥芯和閥座之間，造成閥芯或閥座密封面損傷，從而導致調節(jié)閥的內漏。例如我廠高溫變換爐后端放空閥100PV117，其工藝介質參數(shù)如表二：
表二 100PV117工藝介質參數(shù)
有一道直徑1mm的壓痕損傷，
根據(jù)△P=KR（T+460）（W/60）2/2gρA2（A為壓痕面積，mm2）可得：
已知T=230ºC，△P=2.91Mpa，ρ＝0.75Kg/M3，則W=153M3/h
即1mm直徑的密封面壓痕損傷每小時漏量可以達到150M3。通過基本化學反應公式：3H2+N2+CO2=CO(CH2)2+H2O得知：每小時泄漏的工藝氣，以組分含量zui少的H2為基準，可以初步計算出泄漏的工藝氣折合為的尿素是1.3t/d，損耗相當大。那么，防止這種情況發(fā)生的辦法是先對管道進行吹掃，當吹掃到一定程度后再關閉調節(jié)閥，這樣可以在一定程度上減少或避免雜質對調節(jié)閥密封面的損傷。
閥芯閥座密封面損傷的另一個原因是由于介質對閥芯、閥座的沖蝕等原因，特別是當調節(jié)閥長期處于小開度運行而在某一時段需要關閉時，更容易出現(xiàn)這種故障。因此，從這個角度我們建議調節(jié)閥盡量不要在小開度長期運行，特別是高壓差的工況環(huán)境。對于密封面已經損傷的，就需要解體處理密封面。在處理密封面時必須注意保證同心度和不圓度在允許的范圍之內。但是，處理密封面，需要對密封面進行光刀，在多次光刀后，會將原先堆焊在密封面上的硬質合金層車削掉，使密封面的抗沖刷腐蝕性急劇下降，導致密封面在很短的時間內就損壞了。這時候就應當更換閥內件。需要說明的是，更換閥內件建議成套更換，不推薦單件更換。原因很簡單，單件的閥內件在公差配合上不一定能達到要求，特別是運行了一段時間的閥內件更不能保證
次導向密封環(huán)損壞也是比較常見的一種故障。一般的密封導向環(huán)都有兩個作用，一是導向，二是密封。由于密封環(huán)在導向作用時與閥籠摩擦，多次動作就會導致密封環(huán)的損傷，也就起不了密封的作用。因為套筒閥結構的需要。密封環(huán)的問題尚難以*解決，目前做得比較好的密封環(huán)是Fisher的一種有技術的導向環(huán)，如圖二所示：其*的結構比常規(guī)的密封環(huán)壽命長幾倍。例如我廠的中壓蒸汽壓力控制閥100PV180，雖然對系統(tǒng)負荷沒有太大的影響，但每小時泄漏一噸中壓蒸汽，會造成系統(tǒng)能耗增加，產品成本上升。所以原裝的閥幾乎每年都更換密封環(huán)，但是也沒有解決問題，現(xiàn)在更換的Fisher的產品，已經運行了三年，泄漏量仍然非常小，從根本上解了內漏的問題。不過這種密封環(huán)的缺點是普通的機加加工比較困難，所以通常的做法是更換新的密封環(huán)。
2.3結構不合理
前面講了，套筒閥一般是兩個封點，而有的廠家在研制的過程中，嘗試在套筒上增加
一個閥座，如圖三所示：當閥全關時，閥芯閥座為一個密封，套筒上的一個閥座為一個密封，在一定條件下，這種做法相對于密封環(huán)來說可以提高密封效果。但是如果加工精度不夠或材質選用不當時，泄漏量反而會增大。因為此類閥要么在閥芯下密封點和閥座接觸的時候，閥芯上密封點可能沒有接觸到閥籠閥座，那么它的密封效果是不能達到要求的，或閥芯上密封點接觸到閥籠閥座時，閥芯下密封點和閥座可能沒有接觸到，那么它的密封效果也是不能達到要求的。所以對于泄漏等級要求比較高的場合，還是推薦使用帶密封導向環(huán)的套筒閥。例如我廠脫碳系統(tǒng)CO2吸收塔100T1液位控制閥100LV114A，原使用的雙座式調節(jié)閥，因為內漏較大，使脫碳水力透平100PE6A作功減少，系統(tǒng)能耗增加，而且100T1的液位不好控制，改為帶密封環(huán)的套筒閥后，此現(xiàn)象基本消除。
另外一種是才推出不久的叫做先導式套筒調節(jié)閥，其原理這里不再敷訴。由于它在原有的兩個密封點基礎上增加了一個密封點，而實質并沒有較大的改變，僅僅是提高了閥在開關過程中的平穩(wěn)性，同樣不適用泄漏等級要求高的地方。所以在對套筒式調節(jié)閥進行計算選型的時候，除非在泄漏等級方面沒有太高的要求，否則，我們仍然推薦選用帶導向密封環(huán)的套筒閥。
結束語
在多年的檢修處理過程中，我們基本掌握了套筒式調節(jié)閥內漏的原因，經過長期的實踐，摸索總結出一些常規(guī)的處理方法，為大化肥的穩(wěn)定生產、節(jié)能降耗作出了努力。
