控制阀填料密封分析.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 9 ，5 8 9 AUT0M AT1 0N I N PETR0一 CHEM I CAL I NDU S TRY 控制 阀填料密封分析 顾颖 中国石化集 团宁波工程有 限公 司 电控室 ， 浙江 宁波3 1 5 1 0 3 摘要 在化工装置中， 阀门的密封是非常重要的， 阀门填料函是防止因阀杆移动而引起阀内工艺介质向外泄漏的部件， 是 保证阀杆正常工作 的不可忽视 的部件 。针对控制 阀的填料密封 ， 并结合相关资料 ， 通过对几种 典型的控制 阀填料 函结构形式分 析 ， 阐述阀门填料 函的几 种形式及其特点 ， 介绍密封填料聚 四氟 乙烯和柔性石墨特性及应用场合， 合理地选择控 制阀的填料 函。 关键词 控制阀； 填料函； 填料； 聚四氟乙烯； 柔性石墨 中图分类号 T P 2 1 4 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 9 0 5 0 0 8 9 0 3 1 引 言 控制阀是 自动控制系统的终端控制元件之一 ， 选型尤为重要 ， 由于在化工装置 中， 存在许多的高 温， 高压工况， 介质具有较强的毒性和腐蚀性 ， 且为 易燃易爆 ， 当阀门有泄漏 时， 不仅会造成原材料和 产品的浪费， 而且对环境也会造成严 重污染 ， 甚至 引起火灾、 爆炸 、 中毒等危害生命 的安全事故 。因 此 ， 阀门的密封问题应 当引起足够的重视 ， 在设计 选型中合理地 选用控制 阀的密封是非 常重要 的。 阀门的密封分为两种 ， 即外部密封和 内部密封， 对 于控制阀的外部密封， 即填料密封 ， 结合相关资料 ， 对其结构形式进行分析 ， 并对填料的选择应该注意 的方面进行探讨。 2 填 料 函结构 控制阀阀门部分 由阀的内件和阀体组成 ， 阀的 内件包括阀芯 、 阀杆 、 填料函和上阀盖等 ， 其 中填料 函部件用于对 阀杆的密封 ， 是用弹性方法防止工艺 介质通过往复式或转动式运动而在 阀杆表面产生 泄露 ， 它是阀体不可分 割的一部分 ， 阀门的阀杆密 封几乎都是利用填料 函来实现 的。 图 1 为最常用的螺栓连接填料 函部件 ， 是典型 直通控制阀填料部分的结构， 它包 括填料法兰 、 填 料 压 盖 、 套 环 和 许 多 大 小 一 样 的 聚 四 氟 乙烯 P T F E V形 填料环。填料通过法 兰和双头螺栓 来定位和调整。填料 法兰和压盖以球形表面相 接 触 ， 如果因为疏忽而使填料法兰没对 中时 ， 阀杆不 会受到侧 向力影 响。套环为润滑油的注入提供 了 间隙， 在多数情况下 ， 阀杆通过填料滑动之前有一 个金属护套 ， 带凸缘 的 P T F E和油毛毡套环， 用来 清除阀杆上的污物和磨蚀 颗粒 。P TF E V形 填料 环的工作特点是在阀内介质的压力作用下 ， 填料外 圈的唇边在张开时， 始终 紧贴着填料 函的内壁 ， 实 现静密封。同样在压力作用下 ， 填料 内圈的唇边张 开时， 始终紧贴着阀杆去保证动密封。这样即使阀 杆上下运动时， 同样能保证密封作用 。 阀杆 图 1 螺栓 连接 单 层填料 函结构 图 1 所示结构为外部压紧填料密封结构 。其 密封是靠压盖从外部压紧填料来实现的， 在压盖压 紧轴向力作用下 ， 填料与阀杆之间产生径 向接触压 力 ， 此种密封结构适用于 中低压阀门， 其优点是便 于制造 、 加工和维修 ， 缺点是 与介质接触的底层填 料所受径 向压力最小 ， 不利于密封。如果加大填料 压紧力 ， 就会使阀杆 的起闭力矩加 大， 加重阀杆 的 磨损 ， 影响阀门使用寿命 。 图 2为单层 P TF E V形环 填料 ， 此结 构是 比 较典型的模式 ， 它是在填料环和填料函盖之间使用 圈形弹簧 ， 是有弹簧的单层 填料 函及 V 型 自密封 填料环， 弹簧产生欲紧密封力 ， 保证 填料 的低压密 封。对于要求不太苛刻的使用场合 ， 如水或蒸汽 ， 收稿 日期 2 0 0 9 0 8 0 6 。 作者简介 顾 颖 1 9 6 4 ， 女， 江苏 南京人 ， 1 9 9 0年毕 业 于兰 州化工学校 自控专业 ， 现为 中石化 宁波工 程有 限公司 电控室 自控 专业工程师 ， 从事石油化工 自动控制设 计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 某 些 低 压 场 合 使 用 此 形 式， 如 果 压 力 不 超 过 2 ． 0 7 MP a 、 温度在 ～1 8 ～9 3℃之 间， 能满足体积 分数为 1 0 级 的泄漏量要求 ， 提供 了 良好的密封 性能并只有最低的运行摩擦力。在这种结构 中， 填 料法兰从外部压紧了填料 函内部的填料环 ， 填料环 下部的弹簧从 内部压紧了填料环 。该结构使填料 与阀杆间径向接触压力沿轴向的分布趋于均匀 ， 使 各圈填料都能够起到密封作用 ， 易于实现密封。在 阀杆 中部 ， 则 易形 成 较 厚 的液 膜 ， 起 到 良好 的润 滑 作用 ， 可以减轻填料对阀杆 的磨损 ， 延长阀 门的使 用寿命 。 阀杆 ] f晷1 垂 孝 蓁 童 ／ 、 ＼ 图 2 单层 P T F E V形环填料 图 3是一种双填料密封， 即组合件有上、 下两 组串联的阀杆填料， 这样 的密封结构 阀门更可靠 、 安全 ， 用于高压场合 ； 它也能用于高真空， 但在这种 情况下， V形环必须翻过来放 。 图 3 双填料 密封 环 结构 图 4为 E n v i r oS e a l 填 料 系 统 ， 采 用 双 层 P TF E V形环填料结构 ， 目前 它是一 种先进 的填 料系统 ， 结构紧凑 ， 实时负载弹簧设 计 ， 适用 于压 力不 大于5 ． 1 7 MP a 和温度不大于 2 3 2℃的场合 。 在填料压盖处采 用了“ 活载” 结构 ， 即在填料压 盖 的螺栓上增设碟 簧 ， 使 填料压盖始终作用于填料 上较大的压力 ， 从而可以防止因压盖螺栓松弛或填 料松弛而造成 的外漏 ， 使得填料 载荷始终保持 恒 定， 是 比较典型的减少泄漏排放的填料系统 。此结 构也具有双填料 P TF E和石墨组件形 式， 满 足防 火 测试 。 阀杆 晷 ／ 晷 雾 蓄 ／ 三 ＼ ＼ 妄 、 一 ， 、 图 4 P t f e En v i r o～S e a l 填料 系统 一 些角行程 阀 门如球 阀、 蝶 阀、 旋 塞 阀使 用 一 个旋转式的阀杆 ， 阀杆 和密封元 件之 间没有 滑 动摩 擦 ， 这 就 减 少 了填 料 的 泄 漏 ， 延 长 了 填 料 的 使用寿命 ， 用 。形环或人字形填料 的填料 函密封 阀杆 。根据介质特性也可选择双填料密封 。 3 填料的选择 要保证 阀门填料 的密封性 能好 、 使用 寿命长 、 适应范 围广 ， 其材料必须具备 以下各种性 能 化学 稳定性强 ， 不与任何化学物发生反应 ； 摩擦系数低 ， 耐磨性强 ， 对 阀杆磨损小 ； 具有 良好的 自润滑性， 磨 合性好 ， 不与阀杆表面发生咬黏现象； 具有一定 的 柔软性 ； 有 良好的嵌入性和防震性； 在较高的工作 温度下不结焦、 不变质 、 不分解 ， 在较低的温度下不 脆裂 。 目前使用的最广泛的阀门填料是 P T F E， 因为 它几乎能同时具备以上各种性能， 有极好的化学惰 性和优 良的润滑性。当填料 的工作温度在 一4 0 ～ 2 3 2℃时首选 P TF E， 它密封性好 ， 摩擦系数小 ， 几 乎适用于各种化学药品、 酸 、 碱等流体和禁油场合。 P TF E可以整体压制 ， 也可 以车制成形 V形环 ， 整体的 V形环要加弹簧力使它对阀杆具有起码 的 欲紧力， 并且能 自我调整 ， 不需要填料润滑 ， 也可以 做为石墨填料的润滑剂。聚 四氟乙烯填料 的缺点 是膨胀 系数 高， 当介质 温度达 到 3 0 0℃ 以上 时， P TF E会 急剧膨胀 ， 很容易 因摩擦发热而抱轴 ， 加 剧磨损， 缩短了填料寿命 ， 最终导致 阀门在短期 内 泄漏； 它不能用于熔 融状碱性金属、 高温 的氟化氯 和含有氟元素的介质 ， 需要极其光滑的阀杆光洁度 以正确密封 ， 如果阀杆或填料表面被损 坏， 会产生 泄漏 。不可单独用于结 晶性或含 固体颗粒 的流体 ， 如果必须使用 ， 应在填料 函下部安放石 墨填料 ， 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 顾颖 ． 控 制阀填料密封分析 部再 安放 V形 P T F E填 料 。 柔 性石 墨填料 是一 种新 型的填 料 ， 它具 有密 封 性 、 自润滑性好 ， 耐腐蚀 ， 耐高低温和温度变化影响 较小， 适用于高温或低氯含量 的场合， 常用于高压 蒸汽、 水和油品介质 以及对填料有较高要求的密封 介质。除发烟硫酸、 浓硝酸等强氧化介质外 ， 柔性 石墨能耐一切 介质。使用温度在 一2 0 0 ～6 0 0℃ ， 适用于公称压力不高于 3 2 MP a的工况条件， 提供 无泄漏操作 ， 有高的热传导性和长久 的使用寿命 ， 但它对 阀杆摩擦力大 ， 通常要使用阀门定位器才能 很好工作。它不能用于高浓度、 高温的强氧化剂 ， 如浓硝酸、 浓硫酸等介质。对于填料函尺寸较小的 球阀、 旋塞阀则仅用柔性石墨编织填料即可 。 在流 体压力为负压的场合 ， 应使用反 向 开口向上 安装 的 V形 P TF E填料 ， 对 于负压与正压交替使用 的 场合 ， 则应采用双层 V形 P T F E填料， 下层正装， 上 层反装 。 H 是 易 燃 物 质 ， 密 度 小 ， 易 泄 漏 ， 因 此 选 择 填料要注意 ， 一般采用 V形 P T F E与石 墨填料 组 合使用。流体温度 高于 2 0 0℃ 的场合 ， 填料 函多 采用双重 密封 的结构 。通 常使 用 的非 P T F E填 料一般为硅基润滑脂 ， 但在控制 氧气时不准使 用 润 滑脂 。 因此 ， 一般情况下条件满 足优 先选择 P TF E， 不满足时选石墨。也可以使用混合填料 一是石墨 填料和聚四氟乙烯填料混合使用 ， 二是 O形环 和 V形环混合使用 。渗透性 强的介质 ， 可选用石墨 填料 。 填料的使用条件与填料 函结构 、 工况条件和填 料的材料 、 形式等 因素密切 相关 。在选择填料时 ， 应根据具体条件来定。一般来说 ， 压力与温度之间 只能满足一个最大值； 选择高温阀门填料时 ， 应首 先考虑温度 ； 对于温度压力 都不太高 的腐 蚀性介 质 ， 应优 先选 择耐蚀 性 好 的材料 。 4 结束 语 阀门的密 封性 能是 否 良好 ， 对石 油化 工装 置 的 安全运行起着重要 的决定作用 ， 因此在选 用 阀门 时， 应根据具体的介质条件、 工况要求 和阀门类型 等， 选择合理 的阀杆密封填料 。既要做 到密封可 靠， 又要经济合理 ， 以保证石油化工装 置长周期安 全 运 行 。 参 考文献 1 哈奇森 J w． 调节阀手册[ M] ． 2版． 林秋 鸿译． 北 京 化 学工业 出版社 ， 1 9 8 4 2 乐嘉谦． 仪表工手册[ M] ． 2版． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 0 7 3陈世伟． 调 节 阀选型 的若 干 问题 [ J ] ． 石 油化 工 自动 化 ， 1 9 9 7 ， 6 6 56 9 4 何宏克． P TA装置控 制阀填料密封 的泄漏原 因及解决办法 [ J ] ． 石油化工 自动化 ， 2 0 0 8 ， 4 4 2 7 2 7 3 5 李 自皋． 何彬学． 浅谈控 制 阀的选型 与使用 I- J ] ． 石 油化工 自动 化 ， 2 0 0 8 ， 4 4 3 6 4 6 8 6 钟声． 调节阀的预先维护及故障检修指 南[ J ] ． 石油化工 自动 化 ， 2 0 0 0 ， 1 7 27 5 森兰变频节能技术讲座走进上海金 山石化 由上海市经委 、 上海市能源监察 中心在 上海 金山石化公司举 办 了“ 节能 减排政 策及节 能技术 讲座” 。作为 中 国变频 技 术 专家和国产变频器第一品牌 ， 森 兰应邀 到会 ， 为金 山石化进行变频节 能专场 技术 讲座 。金 山石化腈 纶事业 部相关技 术人 员 7 O余人参加 了会议 。 会上 ， 上海市经委能源监察 中心 的领导进行 了节 能减 排相关 政策 、 法规 的宣灌 。随后 ， 森兰公 司技术 专家通 过具体 的 变频节 能实 际应用案例 ， 进行 了变频器在石化行业 ， 特别是在腈 纶工 业上 的应用技术 讲座 。经 过讲座 ， 使 金 山石 化 的技 术 人员进一步 了解 了森 兰和国产 变频 器 ， 不仅有助 于变频节 能技术在石化行业推广应用 ， 也有 利于 国产 变频器在 石化行业 的 进一 步深入应用 。 希望森 兰科技 股份 有限公 司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m