滑動式閥桿填料密封泄漏原因及優(yōu)化措施

張 斌

（河鋼唐鋼中厚板材有限公司煉鐵廠，河北 唐山 063000）

1 概述

熱風(fēng)爐閘閥滑動式閥桿填料密封裝置廣泛應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)過程中，是熱風(fēng)爐重要設(shè)備的組成部分。閘閥閥桿是連接閘板與驅(qū)動裝置的關(guān)鍵部件，帶動閥門的開啟和關(guān)閉；因為是滑動式閥桿結(jié)構(gòu)，所以是閘閥最易產(chǎn)生介質(zhì)外泄漏的部位，閥門的泄漏能夠造成閥桿鍍鉻表面腐蝕、填料函內(nèi)填料密封組件磨損，最終造成閥門損壞報廢，同時能源介質(zhì)泄漏造成消耗增加、成本上升、企業(yè)的經(jīng)濟效益下降等，因此，滑動式閥桿填料密封對于閘閥來講是非常重要的[1]。

熱風(fēng)系統(tǒng)閘閥使用介質(zhì)主要是空氣和煤氣兩種，空氣介質(zhì)溫度特別高，基本在1200℃～1350℃范圍內(nèi)；煤氣介質(zhì)含水氣成分較多，煤氣本身腐蝕性較大，基于這兩個原因，對閘閥滑動式閥桿密封件的要求特別高。目前，在實際應(yīng)用中的密封填料都是整體石墨環(huán)或是石墨盤根等材料，該種填料密封太硬或夾雜顆粒性雜質(zhì)，長期使用造成滑動閥桿的磨損或生銹嚴重[2]。此外，由于高溫和煤氣腐蝕等因素的影響，密封填料逐漸失去致密性而導(dǎo)致泄漏，這種現(xiàn)象在石墨密封填料中極為普遍，并且石墨環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，檢修維護時間長成本高，極為不便。

基于上述原因，現(xiàn)有的熱風(fēng)系統(tǒng)閘閥滑動式閥桿填料密封在使用過程中不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)閥桿密封處漏風(fēng)或漏煤氣現(xiàn)象，閥內(nèi)介質(zhì)泄漏后腐蝕閥桿，后期無法處理造成閥門更換，這樣就造成了備件和人工成本的增加，同時給高爐生產(chǎn)和生命安全造成極大危害，亟待加以優(yōu)化改造[3]。

2 優(yōu)化措施

2.1 填料密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱風(fēng)爐閘閥滑動式閥桿的傳統(tǒng)密封通常采用壓縮填料，壓縮填料主要是指壓入填料函內(nèi)使閥桿周圍密封的軟質(zhì)材料。壓緊填料壓蓋所產(chǎn)生的密封壓力使填料向橫向擴張，填料傳遞壓力的方式與介質(zhì)相同，是施加于填料端面的壓力就在橫向支撐面上產(chǎn)生相同的壓力。因此，填料受到填料壓蓋的壓緊，填料橫向的壓力通常要比介質(zhì)壓力高出由填料壓蓋施加的一個壓力值，這時就會自動起到一定的密封作用，但是這種傳統(tǒng)填料的橫向擴張力調(diào)節(jié)性能較差，并且對閥桿的損壞也較為嚴重。

為了保證填料的密封性，必須使用填料函下部的填料對閥桿產(chǎn)生的徑向壓力大于介質(zhì)壓力，在設(shè)計填料密封件時需要本身產(chǎn)生較大的橫向壓力，并且能夠滿足不斷調(diào)節(jié)的需要，在不需要更換填料的情況下調(diào)整壓蘭軸向力，保證密封性能，這是新型組合式密封環(huán)如（圖1）所示，該密封件上部（15）為軟質(zhì)材料，下部（16）為鋼制材料件；該新型密封在填料函內(nèi)需要成對組合使用，在軸向力的作用下密封件（15）橫向擴張密封效果最佳。

圖1 新型組合式密封環(huán)結(jié)構(gòu)

2.2 填料密封件材質(zhì)選擇

填料密封件（15）是防止介質(zhì)經(jīng)由閥桿和填料函空間產(chǎn)生泄漏，該密封件應(yīng)具有良好的密封性能，摩擦系數(shù)小、耐腐蝕和具有良好的彈性及塑性，有一定強度及化學(xué)穩(wěn)定性高的特點，結(jié)合滑動式閥桿密封的特點，推薦采用的填料密封件材質(zhì)見表1。使用時可以根據(jù)介質(zhì)溫度和壓力選用相應(yīng)的填料密封件材質(zhì)。

表1 推薦常采用的填料密封件材質(zhì)

2.3 填料函深度優(yōu)化

填料函深淺的優(yōu)化措施，若填料函深度過深，則填料密封件過多和厚度過大，填料密封件對閥桿表面產(chǎn)生過大的壓緊力，使滑動式閥桿與填料密封件之間的摩擦力增大[4]。開關(guān)閥門過力矩保護時造成摩擦力沿軸向的分布不均勻，從而引起滑動式閥桿嚴重磨損及填料密封件泄漏。若填料函深度過淺，填料壓蓋的壓緊力與介質(zhì)內(nèi)的壓力成正比，在“迷宮效應(yīng)”下，填料內(nèi)介質(zhì)泄漏壓力呈遞減狀態(tài)，當介質(zhì)內(nèi)壓力大于壓緊力時，必然造成填料末端介質(zhì)泄漏[5]。根據(jù)慣例，最佳填料函深度H=2D，對于直徑大于140mm的閥桿推薦可以適當增大。式中D——閥桿直徑，mm。

2.4 填料安裝

（1）密封組件在填料函內(nèi)安裝順序不合理同樣可以導(dǎo)致滑動式閥桿密封泄漏。為確保密封性能良好應(yīng)將優(yōu)化后填料密封組件按（圖2）順序裝配。優(yōu)化后填料密封組成主要有密封填料函（3）、下密封環(huán)（4）、密封圈（5）、下組合密封環(huán)（6）、油環(huán)（7）、密封墊（9）、上組合密封環(huán)（10）、上密封環(huán)（11）、密封壓蓋（12），密封填料函（3）為圓筒體，密封填料函（3）的圓筒體底面上有閥桿孔，密封填料函（3）嵌在閥體（1）中，滑動閥桿（2）從密封填料函（3）的圓筒體穿過，并通過圓筒體底面上的閥桿孔，下密封環(huán)（4）、下組合密封環(huán)（6）、油環(huán)（7）、密封墊（9）、上組合密封環(huán)（10）、上密封環(huán)（11）自下而上依次放置在密封填料函（3）中，滑動閥桿（2）外周分別與下密封環(huán)（4）、下組合密封環(huán)（6）、油環(huán)（7）、密封墊（9）、上組合密封環(huán)（10）、上密封環(huán)（11）的內(nèi)孔為滑動配合連接，密封圈（5）套裝在下密封環(huán)（4）的外周，密封圈（5）與密封填料函（3）圓筒體的內(nèi)孔壁為緊密配合，密封壓蓋（12）安裝在上密封環(huán)（11）的上端，密封壓蓋（12）的圓周通過壓蓋螺栓（13）與閥體（1）相連接。

圖2 密封組件整體安裝

（2）優(yōu)化后密封組件安裝可以分為整體式安裝和剖分式安裝，如果閥門解體后填料函內(nèi)所有密封組件按順序整環(huán)裝配；對于在線使用閥門設(shè)備來講，更換填料函內(nèi)密封組件時需要將密封件（6）（9）（11）破壞性拆除即可，將新密封件（6）（9）（11）切按順序裝入填料函內(nèi)，接頭切口應(yīng)切成45°，各層接頭應(yīng)錯開180°。壓蓋不得傾斜壓入，并留有足夠的再壓余量，使整個填料組件被壓余量達30%，以備日后可以調(diào)整密封壓緊力，密封壓蘭的壓套壓入填料函的深度為其高度的1/5～1/4。在裝配密封組合時填料函內(nèi)注滿潤滑脂，同時在使用過程中經(jīng)常對閥桿及密封填料加油潤滑[6]。

3 結(jié)語

要達到良好的滑動式閥桿密封效果，必須從填料密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計、填料密封件材質(zhì)選擇和填料安裝等方面采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，提高滑動式閥桿密封的安裝質(zhì)量，可以避免出現(xiàn)閥桿密封填料泄漏問題，保證冶金系統(tǒng)閘閥的安全穩(wěn)定運行。