放空閥不能打開的原因與對策

沈興男

（蘇州寶化炭黑有限公司 江蘇蘇州）

公司炭黑生產線上的尾氣放空蝶閥常發生故障，不是泄漏大就是停車時不能打開。公司為此付出大量維修費用，但維修效果不佳。

一、幾種閥的形式

1.低性能碟閥

（1）開放型（圖 1a）。泄漏等級 1.5%～5.0%Cv，Cv是元件對液體的流通能力，即流量系數。

（2）15°密封型（圖 1b）。泄漏等級 0.2%～0.5%Cv。

（3）后座型（圖1c）。泄漏等級1.0%～2.0%Cv。

圖1 低性能碟閥結構形式

2.高性能碟閥（圖 2）

（1）對中蝶板形。閥軸的軸線①②安裝在蝶板和管道的中央。

（2）單偏心。閥軸的軸線①安裝時偏離蝶板中心線，稱為單偏心。

（3）雙偏心。閥軸的軸線①安裝時偏離蝶板中心線，閥軸的軸線②安裝時偏離管道的中心線，稱為雙偏心（圖3）。

圖2 高性能蝶閥結構

（4）3偏心。閥軸的軸線①安裝時偏離蝶板的中心線，閥軸的軸線②安裝時偏離管道的中心線，再加上密封面延長線的交點③偏離管道中心，稱為3偏心。

對中蝶板形式，單偏心、雙偏心閥門的密封等級一般都能達到V級甚至VI級。3偏心結構能很好地讓蝶板密封面的各個點，在閥門關閉的瞬間同時接觸到閥座，從而使閥門的密封等級達到VI級以上，甚至可達到零泄漏。

3偏心結構屬于扭矩密封，閥門密封所要求的比壓由施加在閥桿上的扭矩提供，在閥門關閉過程中，蝶板和閥座沒有摩擦，可用于頻繁切換的場合。普通的雙偏心結構為位置密封，密封比壓由密封件的彈性變形產生的彈性力得到，所以閥門關閉時，蝶板必須克服閥座的彈性變形，轉到密封位置，達到密封。蝶板和閥座的摩擦是不可避免的。位置密封的閥門，蝶板在介質和執行機構共同作用下，有可能越過正常關閉位置，損壞閥座，所以一般應設行程限位。

扭矩密封相對于位置密封的蝶閥，開啟和關閉所需的扭矩更小、壽命更長。注：按密封材料分，可分為硬密封、軟密封。軟密封的密封等級都能做得很高，達VI級以上及零泄漏。但軟密封材料的適用溫度＜200℃，而炭黑生產的溫度在250℃，所以上述的對比都是針對硬密封而言。

現用的是雙偏心結構閥門，密封處結構如圖3所示。當閥門一直處于關閉時，蝶板把密封圈推至最大直徑，各種腐蝕介質和顆粒進入密封圈與閥體的間隙，最終導致密封圈不能在閥門開關時自由伸縮，從而失去密封作用。

3.處于關閉狀態的閥不能打開問題

閥長期處于關閉狀態，蝶板、轉軸一直不動，閥內的介質不僅有腐蝕性而且含有固體粉塵。蝶板與閥體的密封面以及轉軸與軸套，長期在有壓力的狀態下接觸而靜止不動，一方面兩者之間產生腐蝕（尾氣中含有水分、硫的氧化物，兩者結露后具有強腐蝕性），另一方面固體粉塵不斷填充間隙，造成蝶板與閥體密封面以及轉軸與軸套粘連，產生的阻力大于氣動頭產生的扭矩時，閥門便不能打開。

圖3 雙偏心結構閥門

二、對策

1.泄漏問題解決方案

從幾種閥門結構的比較可以看出，采用3偏心結構最理想（圖4）。3偏心結構屬于扭矩密封，它有自補償特性，即使密封面有點兒磨損，在氣缸扭矩的作用下，蝶板會自適應地向密封靠攏來維持密封。楔形閘閥就是扭矩密封，當使用較時間長后，如果泄漏，只需用力多擰幾牙便能關嚴。平行板閘閥，屬于位置密封，當閥門泄漏后，用多擰幾牙的辦法也無法關嚴。

圖4 3偏心結構閥門

2.閥不能打開的問題

（1）選擇合適的防腐材料。從表1可知，對于不同的工況，如果單從材料方面考慮，必須要用316L以上性能的材料。

表1 304與316L材料對比

（2）隔離腐蝕介質。對于蝶板與閥體密封面問題，無法使用隔離法來防腐。一方面可以選用316L以上性能的材料或符合NACE標準的材料，部件盡量采用相同材料如碳鋼閥體配置碳鋼蝶板，不銹鋼閥體配置不銹鋼蝶板，使主要部件具有同等電位，減少電位差，消除電位腐蝕。閥體和蝶板都使用316L以上性能的材料，費用相當高。為節省費用，只要求參與密封的部件采用同等材料或同等電位。為保證蝶板的抗腐蝕和抗沖刷性，采用化學鍍鎳處理蝶板，使蝶板既具有抗腐蝕性，硬度又能達到52HRC。另一方面，可以通過軟件編程或硬件操作，在工藝允許的條件下，讓閥門在規定的時間以規定的開度動作一次，可以防止蝶板與閥體的密封面長期靜止不動而打不開的問題。

對于轉軸與軸套間卡死的問題，可以采用隔離法來防腐。在相應軸與軸套部位用儀表空氣吹，讓閥桿與閥體之間壓力高于管道介質，使管道介質中的顆粒不會進入閥桿和軸承之間，同時也可防止尾氣進入腔體后冷凝下來造成的化學腐蝕和閥桿和閥體表面產生的電位腐蝕。再加上閥門隔一段時間動作一次，可以有效克服轉軸與軸套卡死的問題。還可以從選用扭矩小的閥門結構和適當增加氣缸尺寸來考慮，可以補償由于閥門阻力逐漸增大的不良影響，但扭矩的匹配要在設計的允許范圍內。所以，具有最小開關扭矩的3偏心結構是首選，外加適當增加氣缸尺寸，便可以達到較好效果。

三、改進

1.對還沒內漏的蝶閥可進行改進

在閥體上下側增加吹掃孔，通入壓縮空氣，調至合適的壓力（以對工藝無影響為準）。增加閥位反饋信號，編程使閥門定期小行程活動（必須對工藝無影響）。

2.對新購閥門的考慮

盡量采用3偏心結構；參與密封的部件盡量采用同等材料或同等電位的材料；使用活動試驗技術；在相應軸與軸套部位兩側用儀表空氣吹；適當增加氣缸尺寸。