煤化工金属硬密封球阀优化解决方案

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金属硬密封球阀越来越多地应用于粉煤气化装置中，其应用介质在油、气、水的基础上增加了煤粉、煤渣、渣浆、硅粉等高黏结性、高硬度的固体颗粒。由于固体颗粒介质的特殊性，应用于此类介质的球阀使用一段时间后，易出现内漏、卡涩，开关不到位等故障。此时，执行器的持续输出力可能对球阀整体主要操作件造成破坏，阀门被迫下线维修，进而影响生产装置的运行。

根据客户使用情况调查，应用于固体颗粒工段的金属硬密封球阀，故障频率较高，容易出现内漏、卡涩等故障，通常金属硬密封在线运行时间最多为半年左右，这也成为制约整个装置长期运行的瓶颈。

内漏原因分析

球阀内漏与工艺介质的性质、运行条件、密封副涂层材料的选择等因素相关。球阀内漏主要原因：

• 密封面涂层冲刷；
• 介质对密封面的剥落与腐蚀。
  
  

   研究表明，金属硬密封球阀、密封副涂层之间存在着粘结的现象，如果密封副涂层选取不合适，密封面之间就会产生严重的粘结，在开关过程中密封面之间就严重拉伤。球阀在开启瞬间，由于上下游相对压差较大，流通间隙较小，流速较快，此时固体颗粒介质会对球阀密封副涂层产生强烈的冲刷，随着球阀开关频率不断增加，冲刷增加，最终导致球阀严重内漏。

卡涩及开关不到位原因分析

固体颗粒用球阀出现卡涩及开关不到位的直接原因：

• 密封面拉伤；
• 固体颗粒介质在阀腔内堆积；
• 轴承、轴套等不做硬化处理或设计结构不合理。
  
  

   有些工段开启压差很大，温度较高，导致密封面摩擦力较大，开关所需的克服摩擦力所做的功大部分转化为热能，升高了密封面的温度，更加增大了附着磨损和氧化磨损的趋势。随着开关次数的增加，密封面很容易拉伤，造成开关卡涩。

优化方案

经过国内外许多球阀供应商实验研究表明，密封面的涂层材料选择并非越硬越好，也没有最佳的适用于任何场合的特殊材料。根据工艺介质条件及操作要求，采用合适的硬质合金材料，并采用合理的密封结构，才能有效预防密封副粘结。

在密封面材料选择上，选择抗粘接性、抗氧化性、良好导热性及导电性的硬质合金涂层材料。在密封结构上，采用定量压缩、双轴承、开口碟簧补偿等结构设计，保证高温、常温和低温下开关扭矩稳定及开关到位。

固体颗粒球阀越来越多地选用碟簧。通常情况下，应用碟簧的球阀即使在无压状态下，开启与关闭过程中产生的扭矩亦不相同，开启过程中扭矩波动不大，但关闭过程出现扭矩先最大，再突然变小然后再逐渐增大的现象。原因是球体在关闭的过程中，阀座的侧斜造成起始位置与关闭位置的碟簧预紧力不同，相应的球座密封副之间产生的摩擦力不同。开口碟簧可解决阀门开启与关闭扭矩不同的问题。球阀开启或关闭过程中，开口碟簧使开口侧碟簧力变小，此时虽然阀座侧斜，一侧的碟簧压缩量会增大，但由于开口的影响，使两侧的力基本相同，保证球阀关闭与开启过程中球座密封副涂层产生的摩擦力矩基本恒定，降低了整台球阀的开关扭矩，有效降低了阀门卡涩故障。

进入到碟簧位置的物料相对螺旋弹簧较易排出，但物料同样会进入碟簧部位，在碟簧与阀体或阀帽之间形成的三角区域内形成堆积。而且随着压力的变化，阀座组件会产生少量的位移，碟簧变形产生的空隙就会被固体或浆料介质填满，使碟簧无法复位，失去其固有的弹性补偿功能而处于卡死状态，从而造成球体与阀座之间的摩擦力只增不减，越来越大，最终导致球阀开始出现卡涩现象，直至执行器无法驱动球阀，最终导致球阀故障。