作者：山東華魯恒升集團(tuán) 楊凱劉有芳 姚程程
摘要：通過(guò)對(duì)醋酸裝置特材旋塞閥的泄露原因進(jìn)行深入分析與探討，確定維修方案，保證旋塞閥維修后的質(zhì)量及使用周期，提高效率，保護(hù)環(huán)境，降低成本。
關(guān)鍵字：鋯；旋塞閥；襯套；PTFE；PFA；密封；維都利閥門(mén)
1 前言
醋酸是一種非常重要的有機(jī)酸，是染料、制藥、纖維、農(nóng)藥以及其他有機(jī)合成的重要原料。近十年，國(guó)內(nèi)化工企業(yè)打破國(guó)外技術(shù)壟斷，先后利用自主工藝（甲醇羰基合成醋酸）建成了年產(chǎn)百萬(wàn)余噸的醋酸生產(chǎn)能力，但由于甲醇羰基合成醋酸工藝的合成工段為130～
由于醋酸裝置工藝介質(zhì)腐蝕性很強(qiáng)，裝置開(kāi)停車(chē)時(shí)溫差變化較大，裝置上旋塞閥頻繁出現(xiàn)內(nèi)漏和外漏問(wèn)題。導(dǎo)致國(guó)內(nèi)醋酸裝置特材旋塞閥的維修、更換量很大，長(zhǎng)期依賴(lài)國(guó)外公司提供維修服務(wù)，不但時(shí)間上沒(méi)有保障且費(fèi)用特別昂貴。目前國(guó)內(nèi)的特材旋塞閥生產(chǎn)廠家已有能力生產(chǎn)整閥，也有能力利用國(guó)外進(jìn)口閥體進(jìn)行維修改造。
本文對(duì)華魯恒升集團(tuán)醋酸裝置中的特材旋塞閥的修復(fù)作了較為深入的探討，可為其他同行提供參考。
2 旋塞閥的泄露及泄露原因分析
旋塞閥按結(jié)構(gòu)形式可分為七大類(lèi)（不再詳細(xì)介紹），對(duì)于以醋酸為基的介質(zhì)，國(guó)內(nèi)裝置大都采用材質(zhì)為Zr702、Zr705的聚四氟乙烯（PTFE）套筒密封圓錐形旋塞閥［1］。見(jiàn)圖1。
旋塞閥主要由襯套及旋塞密封、頂部密封兩部分關(guān)鍵密封來(lái)組成。而襯套（見(jiàn)圖2）起到了關(guān)鍵密封的作用。當(dāng)襯套損壞后，頂部密封就不可避免地產(chǎn)生一定量的泄露。
旋塞閥襯套頂部密封主要由PTFE環(huán)及金屬密封環(huán)、楔形條等構(gòu)成壓力密封系統(tǒng)。內(nèi)部壓力越大，密封越嚴(yán)密。并由壓蓋螺栓來(lái)調(diào)節(jié)與限制旋塞的上下移動(dòng)。見(jiàn)圖3。
常見(jiàn)的襯套損壞或失效有以下原因。
（1）當(dāng)流體介質(zhì)含有固體顆粒雜質(zhì)時(shí)，輕微的顆粒滲入到襯套內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致襯套磨損起邊，旋塞在開(kāi)關(guān)過(guò)程中切割襯套并產(chǎn)生極大摩擦力帶動(dòng)襯套旋轉(zhuǎn)并撕裂襯套，導(dǎo)致泄露。
（2）對(duì)于目前大部分旋塞閥的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其旋塞下部是不固定的，當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，閥閉前的壓力差很大，旋塞兩側(cè)長(zhǎng)期處于高壓力差的狀態(tài)，容易造成旋塞的偏移（見(jiàn)圖4）。這時(shí)開(kāi)啟閥門(mén)時(shí)，閥門(mén)內(nèi)上游側(cè)的襯套被高壓帶動(dòng)離開(kāi)閥體暴露在管道內(nèi)，隨著旋塞的轉(zhuǎn)動(dòng)將突出的襯套撕裂。
(3）旋塞沒(méi)有開(kāi)關(guān)到位，或作為調(diào)節(jié)閥使用時(shí)。當(dāng)旋塞開(kāi)在中間某一位置，因?yàn)橐r套PTFE與Zr鋯材的熱線(xiàn)性膨脹系數(shù)相差10倍，導(dǎo)致裸露出來(lái)的PTFE會(huì)高于旋塞口，長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生一道痕跡。旋塞開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)帶動(dòng)PTFE一同轉(zhuǎn)動(dòng)并將PTFE襯套撕裂。見(jiàn)圖5。
（4）當(dāng)介質(zhì)溫度壓力波動(dòng)過(guò)大。當(dāng)系統(tǒng)遇到緊急停車(chē)狀況（特別是在溫度快速降低），由于PTFE比Zr鋯材收縮變形快［2］（兩者熱線(xiàn)性膨脹系數(shù)相差10倍），使得襯里環(huán)抱在旋塞上面，導(dǎo)致襯里與閥體之間產(chǎn)生空隙，介質(zhì)隨即流入定密封處，由于頂部密封屬于壓力倒密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓力降低時(shí)，壓力密封失效，從而產(chǎn)生泄漏。
3 旋塞閥維修方案
我公司醋酸裝置在緊急停車(chē)時(shí)，裝置內(nèi)XOMOX旋塞閥多臺(tái)出現(xiàn)內(nèi)漏及外漏情況，致使關(guān)鍵泵不能切斷，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員構(gòu)成危險(xiǎn)，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成污染。在檢修完成將泄露閥門(mén)替換后，我公司與浙江維都利閥門(mén)制造有限公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)討論，對(duì)閥門(mén)進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)目前我裝置內(nèi)進(jìn)口閥門(mén)普遍具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
① 旋塞和填料共用調(diào)節(jié)螺栓；
②旋塞下部與閥體的配合處于浮動(dòng)狀態(tài)：閥門(mén)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一旦閥門(mén)遭遇高溫、高壓工況時(shí)，導(dǎo)致非金屬材料有較大的變形，容易引起閥門(mén)的泄露。
通過(guò)對(duì)進(jìn)口閥門(mén)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合我醋酸裝置的工況特點(diǎn)與維都利閥門(mén)公司的維修能力，確定了以下維修方案。
（1）更換旋塞閥所有易損件，包括閥座、密封膜片、金屬環(huán)等，其中閥座、膜片材質(zhì)均更換為PFA基復(fù)合物。因?yàn)?SPAN lang=EN-US>PFA基復(fù)合物與PTFE相比，PFA基復(fù)合物適用的溫度范圍更大（－200～
PFA基復(fù)合物與PTFE或增強(qiáng)PTFE相比另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是材料的表面光滑，自潤(rùn)滑能力強(qiáng)。PFA基復(fù)合物的摩擦系數(shù)比PTFE低10%～30%，低摩擦系數(shù)帶來(lái)低扭矩，不僅可以減少在閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的投入，也可大大降低閥門(mén)襯套的磨損，延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命。
（2）目前裝置上進(jìn)口旋塞閥的密封結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在襯套出現(xiàn)泄露時(shí)，單靠上部膜片很難保證閥門(mén)不出現(xiàn)外漏情況。在維修時(shí)，改變其上密封結(jié)構(gòu)，在閥桿上增加一處填料箱，使用增強(qiáng)PTFE作為填料，可以在閥門(mén)單靠調(diào)節(jié)旋塞不能阻止其外漏時(shí)發(fā)揮密封作用。
（3）利用浙江維都利閥門(mén)制造有限公司新型專(zhuān)利（耐嚴(yán)酷工況固定式旋塞閥專(zhuān)利號(hào)：ZL200920201533．0），在保證不削弱閥體強(qiáng)度的情況下，將閥體進(jìn)行改動(dòng)，整改為旋塞固定式旋塞閥?？杀ＷC閥門(mén)在長(zhǎng)期關(guān)閉時(shí)兩側(cè)壓力差過(guò)大，也會(huì)保證旋塞不發(fā)生偏移，在開(kāi)關(guān)操作中與襯套實(shí)現(xiàn)較好配合，不刮傷襯套，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的有效密封。見(jiàn)圖7。
（4）填料箱及旋塞調(diào)節(jié)壓板連接螺栓用碟簧加載，以防止管道壓力和溫度異常變化，人工來(lái)不及調(diào)節(jié)，碟簧加載可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償密封的功能，時(shí)時(shí)保護(hù)襯套及填料的密封。
我方維修方案可對(duì)裝置上進(jìn)口旋塞閥進(jìn)行修復(fù)，且通過(guò)改變其上部密封結(jié)構(gòu)，增加一處閥桿填料箱密封，可有效地防止異?；蚓o急情況下的閥門(mén)外漏，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的安全性提供了更有力的保障。
4 旋塞閥的存放和使用
旋塞閥泄露的原因比較多，除了閥門(mén)固有的結(jié)構(gòu)決定其使用周期外，對(duì)閥門(mén)的存放及使用的不當(dāng)，也會(huì)造成閥門(mén)性能的下降，甚至對(duì)閥門(mén)的破壞。
我們?cè)诖娣拧⑹褂锰夭男y時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：
①閥門(mén)應(yīng)存放于干燥、干凈的環(huán)境中，應(yīng)用隨閥供應(yīng)的法蘭保護(hù)罩保護(hù)法蘭。閥體應(yīng)水平放置，使旋塞垂直于地面；長(zhǎng)期不用的閥門(mén)，每隔1～2月，進(jìn)行2～3次開(kāi)關(guān)操作；閥門(mén)存放時(shí)將閥位處于全開(kāi)，位置以旋塞實(shí)際位置為準(zhǔn)。
②閥門(mén)在線(xiàn)使用時(shí)，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間處于半開(kāi)的位置，也盡量避免裝置溫度、壓力變化過(guò)快，這容易使閥門(mén)密封失效，出現(xiàn)泄露情況。當(dāng)閥門(mén)出現(xiàn)外漏情況時(shí)，可進(jìn)行以下調(diào)節(jié)：將旋塞處于全開(kāi)位置，將所有閥蓋調(diào)節(jié)螺母按順時(shí)針?lè)较蚋餍o1/4～1/2轉(zhuǎn)，然后將閥門(mén)進(jìn)行一次開(kāi)關(guān)操作，使旋塞就位；觀察閥門(mén)是否密封，若還不密封，重復(fù)上述操作。但不可過(guò)多的調(diào)節(jié)螺母，這樣會(huì)使閥門(mén)的斷裂扭矩大大提高。
此辦法也可用于預(yù)防閥門(mén)外漏的操作，當(dāng)遇到裝置的開(kāi)停車(chē)階段，溫度和壓力變化較大時(shí)，將調(diào)節(jié)螺栓隨著溫度的變化進(jìn)行擰緊或松動(dòng)調(diào)整（溫度每升高或降低
③閥門(mén)在維修時(shí)可在調(diào)節(jié)螺栓處增加蝶形彈簧或在旋塞軸上增加彈簧負(fù)載裝置，這兩種結(jié)構(gòu)均可很好地抵消溫度變化時(shí)的熱應(yīng)力，保持有效的密封。但也需要定期地對(duì)旋塞螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，因?yàn)椴还苁?SPAN lang=EN-US>PTFE還是PFA襯套，都會(huì)隨著使用而產(chǎn)生冷流變形，旋塞會(huì)下降，需要將旋塞向下調(diào)整。
五 結(jié)語(yǔ)
特材旋塞閥在醋酸、醋酐生產(chǎn)裝置作用非常重要，價(jià)格也比較昂貴。一旦發(fā)生泄露的情況，不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響，更有可能引發(fā)環(huán)境事故。所以合理的使用、維修這些閥門(mén)具有非常重要的意義，目前國(guó)內(nèi)閥門(mén)廠已完全有能力承擔(dān)這一職責(zé)，對(duì)使用單位來(lái)說(shuō)，不僅節(jié)約了維修成本，在新閥采購(gòu)中也都趨于國(guó)產(chǎn)化，已與國(guó)內(nèi)特材閥門(mén)生產(chǎn)單位形成一個(gè)雙贏的局面。
本文摘自《山東化工》2011年08期《醋酸裝置特材旋塞閥的應(yīng)用與維修》