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石油化工装置阀门密封及泄漏问题的应对措施

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：马海昆1 梁思文2

[导读] 摘要：阀门是石油化工生产中装置中必不可少的控制设备，亦是石油化工管线运输系统的重要构成之一，由于阀门的使用介质大多具有易燃、易爆、有毒和腐蚀性强等特点，因此，一旦阀门发生泄漏，将对设备运行和操作人员安全产生极大威胁。

        1.中石油华东设计院有限公司山东省青岛市 266000；
        2.青岛中油华东院安全环保有限公司山东省青岛市 266000
        摘要：阀门是石油化工生产中装置中必不可少的控制设备，亦是石油化工管线运输系统的重要构成之一，由于阀门的使用介质大多具有易燃、易爆、有毒和腐蚀性强等特点，因此，一旦阀门发生泄漏，将对设备运行和操作人员安全产生极大威胁。本文就石油化工装置阀门密封及泄漏问题展开分析，并提出了针对性的应对措施，以期为我国石化事业的发展贡献自己的一份力量。
        关键词：石油化工；阀门；密封；泄漏；应对措施
        一、石油化工装置阀门简介
        在石油化工流体输送系统中，阀门是重要的控制元器件，在石化设备装置中，其主要功能是：接通和截断介质；防止介质倒流；调节介质压力、流量；防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等。化工装置用阀门的主要特点是：1）种类、规格、形式多；2）所处的工作条件复杂、严酷；3）阀门自身结构繁杂，技术要求高，制造困难；4）地位重要但又是管道设备中最薄弱环节。
        根据以上阀门的功能及特点，我们不难发现，阀门质量的优劣直接影响到石油化工装置的运行，甚至危及工厂及操作人员的生命安全。另据相关数据统计，阀门在石油化工装置管材费用中的占比高达40%以上，由此可见，无论是从使用角度分析，还是从经济角度衡量，阀门必然受到各投资方及承包方的重视。
        二、阀门密封的重要性
        石油化工装置中阀门使用介质多为流体，且流体的性质不一，譬如有液体、气体、蒸汽、浆液、悬浮液、粘稠液等等，甚至有的流体还带有固定颗粒、粉尘、化学物质等，但是这些介质大都具有易燃、易爆、有毒和腐蚀性强等特点，同时石油化工装置的操作温度和管道压力十分高，这都对阀门的密封性能以及密封寿命提出了严苛的要求。
        阀门的密封性主要指的是阀门各个密封部位阻止介质泄漏的能力，其是评价阀门性能优劣最重要的技术指标。一旦阀门的密封性不达标，不仅会造成原材料、能源及产品的大量浪费，导致巨大的经济损失，同时，有毒有害的流体的泄漏还会带来环境的污染问题，严重时甚至会导致重大安全事故，如火灾、爆炸等，造成人员伤亡。因此，在选用石油化工装置的阀门时，必须从输送流体的性质、阀门的功能、阀门的尺寸、管道的压力损失、阀门的材质、阀门的工作温度与压力等多方综合考虑，从而选用最为适合的阀门，使阀门密封性能得以充分发挥作用。
        三、石油化工装置阀门泄漏原因
        阀门泄漏分为两种，即外部泄漏和内部泄漏。在大多数情况下，外部泄漏所造成的后果，往往比内部泄漏更加严重。在工业生产中，阀门的外漏不但造成原材料及能源的浪费，还会直接污染环境，甚至引起火灾、爆炸、中毒等危害生命安全的重大事故，给国民经济造成严重损失。
        3.1阀门内漏通常由于阀门关闭不严而造成，常发生在阀座密封面。
        分析其具体原因：
        1）阀门的设计和选型不合理，没有充分考虑阀门应用的工作环境，选用的阀门压力等级、结构形式等与实际介质输送需求不符，进而造成阀门密封出现问题。2）阀板、密封面变形或由于密封面有损伤导致的密封不严，从而引起介质的泄漏。3）阀门生产制造中存在质量缺陷，材料技术不达标，阀门中法兰垫片弹性不足，抗腐蚀性能较低，出厂前阀门检测试验不规范等等，导致阀门在管道中发生泄漏。
        3.2阀门外漏常见于阀体、阀杆、填料函与阀体的连接部位。
        分析其具体原因：
        1）阀体通常为铸件，其在铸造的过程中可能出现砂眼、气孔等质量缺陷，从而导致介质泄漏。2）阀门的阀杆由于设计和选材不当会引起阀杆在某个位置被卡死，使阀门无法关闭或关闭不严，造成介质泄漏。3）阀杆填料选用不当，未能根据介质特性及管道环境选择适宜的填料，抑或是过于考虑经济因素，而选用价格低廉，但不适宜的填料，造成其耐蚀、耐温及密封性能不符合实际需求。

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4）法兰连接密封紧固未达到力矩要求，密封垫不能完全压实或垫片的类型、材质、尺寸等参数不符合要求，法兰密封面存在质量缺陷，连接螺栓紧固不当，因管道配置不合理而在连接处产生过大附加载荷等原因，都能引起阀体连接部位泄漏。
        四、石油化工装置阀门密封及泄漏问题的应对措施
        4.1加强阀门出厂前检测
        每台阀门由设计到制造都是一个相对复杂的过程，在出厂前必须经过严格的检验和试验，不合格的阀门产品不允许出厂。为了保证阀门的密封性能优异，阀门出厂前必须通过壳体压力测试和密封试验。密封试验由三部分构成，即上密封试验、低压密封试验及高压密封试验。在进行壳体压力测试时，阀门的两端封闭，阀门部分开启，除波纹管密封阀门外，填料压盖压紧到足以保持试验压力，测试介质温度一般不高于52oC，并在38oC时，利用1.5倍的公称压力进行试验。上密封试验可紧接在壳体试验之后进行，其主要针对闸阀和截止阀等具有上密封结构的阀门进行，波纹管密封阀除外。在低压密封试验和高压密封试验中，测试介质多利用惰性气体，抑或是空气，低压密封测试时以0.5兆帕-0.7兆帕的压力进行，高压密封测试时以1.1倍的公称压力进行。但需注意，当高压密封试验中介质为液体时，泄漏的检测应是液滴，而不是气泡。
        4.2加强阀门材料控制
        石油化工装置所使用的阀门一般为铸件或锻件，其质量直接关系到阀门强度可靠性及使用寿命长短，因此，必须对阀门材料的质量予以规范和控制。可以从以下几方面着手：
        1）对铸件中的碳含量及铁含量进行控制，焊接后应及时进行消除应力处理；
        2）铸件的尺寸、形状等技术参数应符合设计要求，并严格控制偏差范围；
        3）铸造工艺中应确保铸件内部不存在缩孔和缩松；
        4）铸件表面应光滑清洁，不得存在凹坑、气孔、龟裂等缺陷。
        4.3把控阀门内件的质量
        阀门内件是阀门的重要组成部分，直接关系到阀门内密封性能的优劣。因此，必须对内件的选材及质量进行控制。而密封面又是考核阀门内件质量的重要指标。因此，对密封面工作环境及材质进行规范，可以大幅提高阀门的内密封性能。
        石油化工装置中阀门的数量、种类繁多，且用途广泛，因此密封面的工作环境也十分复杂且差别很大，必须根据不同的压力、温度要求、介质特性以及密封面的受力情况综合考量，合理选用密封面材质。譬如，在高温时必须保证密封面材质抗氧化性能和抗热疲劳性能符合实际需求，抑或遇高压蒸汽时，密封面必须具备耐冲蚀性能等等。
        4.4优化阀杆填料的选用
        填料密封是用填料填塞泄漏通道，阻止泄漏的一种密封形式。因其具有操作简单，经济适用等优点，被作为防止阀杆处介质外漏的一种常用手段。填料的种类主要有石棉编织填料、柔性石墨填料、柔性石墨编织填料、聚四氟乙烯类填料等，但在选择阀杆填料时，应优选具有耐高温、高压、耐腐蚀性能、回弹性好、渗透性差的柔性石墨填料。在阀门的使用过程中，受管线振动、温度、压力等因素影响，容易导致压盖螺栓松动，进而导致填料泄漏，因此，需要在填料螺栓部位安装碟簧预紧装置，从而利用碟簧的回弹使螺栓持续为填料提供压力，实现石墨填料的密封功能，提高阀门的密封性能。
        4.5 确保阀盖垫片的密封性能
        首先，应该结合不同的工况、介质、温度及压力等因素，选取具有一定的弹性和足够的强度及耐腐蚀性能良好的垫片。其次是控制密封面的加工精准度，一般需要控制在1.6-3.2μm范围内，同时确保密封面表面性能良好，不存在加工缺陷或划痕等，保证阀门的密封性能。再次，强化压力自密封结构在高压阀门中的运用，通过阀门内流体压力实现阀体和阀盖间的紧密密封。
        结束语
        综上所述，阀门是石油化工装置系统中的重要构成元件之一，提高阀门的密封性是控制阀门泄漏问题的关键，相关技术人员必须从多角度分析密封失效的原因并采取积极合理的应对措施，以促进阀门装置整体密封性能的提升，推动石油化工装置的安全、可靠、长效运行。
        参考文献：
        [1]王嗣颖.管道工程阀门泄漏原因及对策[J].交通企业管理，2017（1）：78-81