液氨充装球阀泄漏原因分析及处理对策

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)云南天安化工有限公司 作者:杨开华

1、现状和存在的问题

  云南天安化工有限公司生产的合成氨主要以管道输送和汽车充装运输供给用户。汽车充装设计年充氨能力12万吨,由三组充装台组成。充氨压力1.58~1.60MPa,温度约-40℃。

  液氨充装站大量采用Q47F-25P,DN50mm型球阀,使用过程中频繁发生泄漏,后又改为同类型低温球阀,即DQ47F-25P,DN50mm型(耐温约-46℃),仍然发生泄漏,多次被迫进行置换检修。置换时间约3h,检修时间1h,每维修一次阀门将导致充装台4h无法充装,造成液氨积压。

2、阀门泄漏的形式和原因分析

2.1、外漏

  外漏是该阀的主要失效形式,占整个故障率的2/3。表现为球阀中分面泄漏、球阀尾端压盖泄漏和填料泄漏。外漏部位见图1。

图1 充氨阀外漏部位

  1)密封垫材料选用错误。通过对泄漏阀门的拆检,发现阀门中分面和球阀尾端压盖使用的密封垫发生硬化并冷脆断裂,失去了密封垫应有的弹性,见图1。

  2)阀门结构不合理。阀座密封面直径为102mm,加工了深4mm的密封槽,与之相配合的密封面外径为110mm,聚四氟乙烯密封垫厚度5mm,垫片的有效压缩量为1mm(图2)。

图2 充氨阀密封部位

  常温下是能保证密封效果的,但在约-40℃的情况下使用,垫片因低温收缩导致密封面紧力不够从而发生泄漏。因上阀体密封面外径(110mm)大于下阀体密封槽外径(102mm),紧固连接螺栓时上、下阀体因密封面的尺寸设计缺陷而不能有效压紧密封垫,出现上、下阀体连接螺栓拧得很紧而密封垫却仍然未压紧现象,这就是阀门中分面出现泄漏,通过紧固连接螺栓却无法消除泄漏的根本原因。

2.2、阀门内漏

  阀门内漏的主要原因是密封材料选择错误所致。阀座密封垫脆裂导致泄漏是主要泄漏形式。主要原因是密封面材料选择不合理,选用了常温材料,致使垫片在低温下失效脆裂,导致液氨泄漏,见图3。

图3 充氨阀阀座密封垫脆断

3、解决对策

  1)合理选择密封垫材质。依据使用温度和介质,球阀阀座密封材料、中分面密封材料、尾端压盖密封垫均采用聚四氟乙烯密封材料。聚四氟乙烯耐温-180~250℃,耐压-0.1~6.4MPa,在-20~250℃,允许骤冷骤热,或冷热交替操作,比较符合本充装站的使用条件,是液氨球阀首选的密封材料。

  2)对球阀上、下阀体密封尺寸作调整,准110mm的密封面加工至准100mm,使之能轻松压入密封槽,保证能够压紧密封垫。

  3)球阀填料选用膨胀石墨或聚四氟乙烯。

  4)新到阀门拆检,更换阀门中分面和球阀尾端压盖的密封垫为聚四氟乙烯垫。对上、下阀体密封尺寸作检查确认。最后做水压试验,检漏合格后方可使用。

  5)尽量减少购买新阀门,对换下的旧阀门拆检并更换密封垫,做水压试验,检漏合格后备用,节约了检修成本。

4、结束语

  液氨充装站Q47F-25P(DQ47F-25P)、DN50mm球阀经常发生外漏和内漏故障,虽更换前经常温水压试验检漏合格,但现场安装使用中因工况变化易发生泄漏,最短的更换后3~4h即泄漏,严重影响正常充氨工作。通过对泄漏阀门解体检查和分析,查明了泄漏的根本原因,通过对密封垫材质重新选材,垫片厚度和密封尺寸的调整,有效解决了泄漏故障。2011年修复换上的液氨球阀使用已经超过1a,至今未发生泄漏,证明处理措施是切实有效的。

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