高壓液壓排料閥填料的成功改進

唐 鵬，王 偉，桑建偉，張金明

(中石油大慶石化分公司塑料廠，黑龍江 大慶 163714)

中石油大慶石化分公司塑料廠高壓聚乙烯裝置的高壓循環氣系統中，YSV-64604、YSV-64605、YSV-64606、YSV-64607等4臺高壓液壓排料閥是重要部件，閥門的開、關由液壓系統驅動。在高溫、高壓、潮濕的環境下工作，填料經常發生泄漏，長期以來一直困擾生產的正常運行。為此組織了攻關小組，經過長時間的觀察和研究，認為上述問題是填料形狀存在缺陷、軟填料安裝方法不妥造成的。

一、軟填料簡介

1.工作原理

穿軸壓蓋將填料函內的軟填料軸向壓緊，使其產生塑性變形堵塞泄露間隙，實現密封。由于填料是彈塑性體，受到軸向壓緊后壓緊力沿軸向逐漸減少，使填料緊貼于軸表面的徑向壓緊力的分布由外端(壓蓋側)向內端，介質壓力的分布由內端逐漸向外端遞減。當外端介質壓力為零時，則泄漏趨近零，閥桿通過軸向位移實現閥門的開關。

2.石墨軟填料的特點

石墨軟填料結構簡單、潤滑性能良好，具有耐高溫、化學穩定、拆裝方便、成本較低等特點，但耐磨性差。軟填料可制成圓形、長形、長方形、楔形、三角形、錐套形等多種形狀，適用于離心泵、壓縮機、真空泵、攪拌機和船舶螺旋槳等轉軸的密封。

3.使用工況和泄露原因

柔性石墨材質填料性能好，但在壓力30MPa、溫度180℃、介質為高溫高壓低聚物、每4h自動排料一次的工作條件下，頻繁受到高壓流體的沖擊，容易變形和損壞，造成泄漏。按照公司HSE管理體系，高溫、高壓設備不能在設備運行中緊固密封，所以泄漏只能停機處理，影響全廠的生產乃至經濟效益。

二、改進措施

為了保證填料密封的可靠性，必須保證填料對閥桿的徑向壓力滿足密封要求。根椐填料密封的壓力分布理論分析和各種填料設計的性能測試，得出填料的徑向壓力，即主密封壓力計算公式：

式中：Pr——填料徑向壓力，MPa；

P0——填料壓蓋處軸向壓力，MPa；

K——為填料壓力比(又稱應力系數)；

d1——為閥桿直徑，mm；

d0——填料函孔徑，mm；

S——填料深度，mm；

μ1——為填料與閥桿間的動摩擦系數；

μ2——為填料與填料函間的靜摩擦系數。

通過研究計算，把柔性石墨軟填料組(圖1)改為耐高溫高壓的V形結構填料組(圖2)，內、外增加了支撐環和壓環，中間增加了隔離環。密封環和壓環為填充聚四氟乙烯材質(填充了碳素纖維和青銅粉等元素)、支承環和中間隔離環為H62黃銅材質。根據填料函和閥桿的尺寸，分別加工出合適的V型填料組、密封環和支承環，要求加工后的填料組各零件尺寸公差必須達到改進方案所需的技術要求。

由于有支撐環、隔離環、壓環等組合，V形填料組可以大大提高填料組的耐沖擊強度，并提高壓緊力的傳導，滿足密封要求。即使個別填料磨損或變形，也不會很快影響其他密封環的密封性能，可確保液壓排料閥長周期運行。

三、效果

按照制定的技改方案，2005年3月利用高壓聚乙烯裝置停車檢修時間，首先對1臺YSV-64605進行了填料改進。經過1年多的運行觀察，沒有發生泄漏，密封性能良好，而未改進的其他3臺液壓閥的填料都有4~6次的填料更換記錄。可見，改進后的液壓閥密封效果明顯。液壓排料閥則由改進前運行周期2~3個月延長到3年，每年節省材料費和人工費約6萬元、停車費用上千萬元。