球閥蝸輪箱防水措施與應用

劉華平

（中國石油化工股份有限公司儲氣庫分公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

球閥的發展歷史比較悠久，最早出現在20世紀50年代，隨著科學技術的迅猛發展，生產工藝及產品結構的不斷改進，在短短的40年時間里，已迅速發展成為一種主要的閥類。目前球閥的使用量正在不斷的上升。在石油煉制、長輸管線、化工、制藥、水利、市政、等多個行業有廣泛的應用，球閥目前的連接方式主要包括法蘭、螺紋、承插焊、對焊等。

球閥是天然氣管道的重要控制設備，閥門開關控制直接影響場站安全生產，蝸輪蝸桿傳動則是球閥普遍使用的一種傳動方式[1-3]。球閥通過旋轉球體來調節天然氣長輸管道中介質（高壓天然氣，壓力一般為8MPa左右）的流量，實現對長輸管道中天然氣流量控制和調節，同時，長輸天然氣管道在運行過程中，一旦遭受第三方施工破壞或者在高后果區發生天然氣泄漏，后果將不堪設想，球閥在此時起到了關鍵性作用，關閉球閥后，將阻斷天然氣流動，減少泄漏，降低長輸高壓天然氣管道泄漏風險。因此，球閥在長輸（高壓）天然氣管道系統中作用和重要性不言而喻，是保障長輸（高壓）天然氣管道系統安全、穩定運行的重要做成部分。同時，球閥在采購安裝完成后，經常性的保養維護至關重要，在球閥使用中，需定期對渦輪機構進行潤滑和清潔保養[4,5]，但在保養開蓋過程中往往從密封面縫隙處進行鑿、錘、撬等操作，易造成密封面的損壞再加之裝置結構、人員操作等多種原因，造成渦輪箱內經常性進水。以中國石化天然氣分公司陜西天然氣技術服務項目部為例，據統計，在2021年春秋檢中共檢查保養球閥284臺，發現進水閥門42臺，進水率達到14.78%，致使渦輪機構內的蝸桿、渦輪和限位螺栓銹蝕，引起閥門開關困難，甚至在操作中造成蝸輪傳動箱體破裂、閥桿鍵槽損壞和限位裝置損壞，極大地威脅了天然氣管道輸送安全。

因此，有必要針對上述問題提出球閥蝸輪箱防水相關措施，從而避免球閥渦輪機構損壞。

1 原因分析

在對42臺進水閥門進行檢查保養過程中，分別記錄了導致渦輪箱進水的原因，通過數據統計（如表1所示），發現其主要原因為：一是密封墊老化變形，青稞紙密封墊容易破裂，二是上蓋與渦體密封面因不當開蓋操作損壞，如圖1所示；三是擋水圈過低，只有2mm，在雨水較大時，起不到阻水滲入作用；四是閥位指示器有間隙，容易在下雨中雨水直接滲入渦輪機構中，如圖2所示。

表1 渦輪箱進水原因統計

2 球閥蝸輪箱防水措施

針對上述四項存在的主要問題，提出球閥蝸輪箱防水措施，以問題為導向綜合構建球閥蝸輪箱防水體系。

2.1 青稞紙密封墊強化

把原厚度0.2mm的單面膠密封墊，更換成0.5mm的雙面膠密封墊，在增加密封墊的強度的同時，提高密封效果。

2.2 研制球閥開蓋工具

通過設計一種新型球閥開蓋工具，可簡便地將球閥蝸輪箱蓋體打開，在提高工作效率的同時，避免對密封面的破壞，裝置結構示意如圖3所示。其結構及主要作用原理為：一種新型球閥開蓋工具，主要結構包括安裝座、螺桿、對向螺套、開蓋器等，所述安裝座上安裝有兩根對向螺桿，所述螺桿的中間位置安裝有一對對向螺套，所述對向螺套上開設有滑槽，所述開蓋器的兩側設有與對向螺套上的滑槽相配合的滑塊，所述滑塊可以在滑槽中滑動，所述開蓋器是向對設置，且設置有拉簧，在球閥蓋體上先把一側的開蓋器拉開，慢慢套在球閥蓋體上，并找到蓋體上的縫隙放開開蓋器，所述開蓋器在拉簧的拉力下進入蓋體上的縫隙，所述兩根對向螺桿穿出安裝座，且穿出的一端安裝有對向齒輪，所述在兩個對向齒輪中間安裝有主動齒輪，并將主動齒輪安裝在安裝座上，所述主動齒輪的外側安裝有轉動把手；所述安裝座底部安裝有可調節支撐架，可調節支撐架的底部設有與管道相似的卡孤，方便支撐不易脫落。

該裝置在試驗過程中取得了良好的試用效果，可順利實現球閥蝸輪箱蓋體的簡單拆卸，且對密封面無明顯損失、破壞。

2.3 優選擋水圈

在球閥渦輪箱上端蓋通過加裝5mm厚的聚四氟乙烯擋水圈，并采用密封膠與蝸輪箱上端蓋緊密粘貼，在增加擋水圈高度的同時，利用聚四氟乙烯耐高溫、耐腐蝕，具有優良的電絕緣性、耐老化，吸水性小的特性，杜絕水從側面滲入，如圖4所示。

圖4 加裝5mm聚四氟乙烯擋水圈的球閥渦輪箱上端蓋

2.4 改進閥位指示盤

制作改進型閥位指示盤，使其大小應大于擋水圈至少2cm且不遮擋閥位指示刻度，閥位指示盤應向下進行翻沿處理，翻沿尺寸不應小于1cm，通過安裝應用，倒扣在擋水圈上面，這樣就完全防止水從側向滲入和頂部滲入渦輪箱內，從而徹底杜絕蝸輪箱內潤滑油乳化變質現象，使蝸輪箱內部件能充分潤滑，其形貌如圖5所示。由圖5可見，其與老式閥位指示盤（如圖2所示）存在間隙的情況不同，改進型閥位指示盤與球閥渦輪箱上端蓋間無明顯間隙。

圖5 改進型閥位指示盤

3 現場應用

鑒于以上所提出的4項球閥蝸輪箱防水措施在測試過程中效果良好，現已在中國石化天然氣分公司陜西天然氣技術服務項目部所轄井站284臺球閥得到了推廣應用。在2022春秋檢中，284臺閥門僅有2臺存在滲水現象，相較采取相關措施前進水閥門數下降40臺，進水閥門比例由14.78%下降至0.70%，防水成效顯著。

隨著球閥蝸輪箱防水措施的推廣應用，球閥保養效率得到了顯著提高，在采用球閥蝸輪箱防水措施前，由于進水閥門比例高，不得不對每個閥門進行開蓋檢查；推廣后，在進水閥門比例大幅降低的情況下，僅需抽檢，大幅提升了管理實效，降低了員工工作量，效果明顯。以284臺球閥進行經濟費用估算，推廣球閥蝸輪箱防水措施每年可節約黃油、除銹劑、油漆、密封墊、更換閥門銹蝕部件等約1萬元，長久計算則經濟效益更加明顯。

4 結語

（1）通過實際檢查保養與數據統計分析發現，導致球閥蝸輪箱進水的主要原因為：密封墊老化變形、上蓋與渦體密封面損壞、擋水圈過低、閥位指示器有間隙；

（2）針對四項導致球閥蝸輪箱進水的主要原因分別提出四項防水措施切實有效；

（3）提出的球閥蝸輪箱防水措施可大幅降低進水閥門比例并提高管理實效，具有較好的經濟效益。