浅谈几种常见阀门的密封问题

贾延超，薛振东，卢秀清，朱海龙

(1.苏州中本硕机电工程有限公司，江苏 苏州 215011；2.中石油独山子石化分公司，新疆 独山子 833699；3.新疆天利高新石化股份有限公司，新疆 独山子 833699)

各式各样的阀门用途繁多，选型不合理带来的最直接的后果就是泄露。进而造成的环境污染、物料损失、人员伤害、火灾、爆炸甚至是装置停工等安全生产事故将不可挽回。阀门如何正确设计、选型、安装、维保等工作是摆在化工行业面前一道急需解决的课题。工业技术的高速发展，推动阀门的密封结构技术及其材料要求达到一个全新的高度。适应高低温以及高压等苛刻工况下的具有强耐磨性、高密封性以及较强的抗腐蚀性能等的阀门如雨后春笋般涌现。本文介绍以下几种常见典型阀门的密封状况。

1 常见阀门的密封情况

1.1 球阀的密封情况

适合不同工况的多种密封形式。

1.1.1 软密封

在浮动球阀的阀体内上下游，采用专用嵌压机分别把阀座尽可能完全对称的嵌入阀座内，阀座靠自身的弹性提供初始预紧力。此结构具有密封可靠，便于操作等优点。密封材料一般为聚酰胺纤维(NYLON)、增强聚四氟乙烯(RPTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、对位聚苯酚(PPL)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)等。

1.1.2 金属硬密封

在阀门上游侧设置一套由阀座、阀座圈、垫环组成的阀座组件，采用硬质合金堆焊在密封面上，垫环把阀座圈固定在阀座内，阀座与阀体通过O型圈密封，目的是给阀门提供必要的初始密封预紧力[1]。在阀门下游的阀体上则直接堆焊硬质合金，堆焊硬质合金的目的是为了不仅防止阀座对阀体的破坏，而且防止粘稠性含固体颗粒的物料对阀门的破坏。而硬质合金的材料一般选用的是satellite。下游阀座主要起到密封作用。这样的阀门在安装上是有方向的。金属硬密封的球阀适用于高温、高压、粘稠不清洁的浆料、浆料。

1.1.3 金属复合密封

金属复合密封是金属密封和软密封的组合。金属密封是第一级密封，大部分的介质被截断并且颗粒杂质被阻止进入第二级密封。第二级密封是软密封，完全阻断介质。与球阀的金属密封相比，金属复合密封的情况需要在阀门上下游各设一处阀座组件，此时的阀门是双向的，没有安装方向要求。金属复合密封继承了金属密封和软密封的各自优点。密封可靠、耐冲蚀耐磨损、操作方便、使用寿命长。

1.2 闸阀的密封情况

1.2.1 闸阀的密封形式

当作用于介质出口端闸板上的介质静压力大于阀板与阀座之间的密封力时，这种密封形式是自动密封。当介质静压力小于密封力时，就要采用强制密封了。阀杆转动，介质出口端闸板在阀杆轴向力的带动下与阀座密封面强制密封。单面强制密封是指介质出口端闸阀与阀座密封面之间有密封，而介质进口端阀板与阀座密封面之间没有密封；介质进出口端闸板与阀座密封面之间均有密封的被称为双面强制密封。

1.2.2 楔形闸阀的密封原理

阀座和阀体上的两密封面与楔形闸板的密封面紧密接触，形成密封，能够提高辅助的密封载荷是楔形闸板的优点，较好的满足对高低压介质压力的密封要求。

1.2.3 优缺点

楔式闸阀一般适用密封条件要求严格或者低温、高温、高压、有汽化现象等比较苛刻的操作工况。闸阀阀板在关闭前不与阀座接触，减少了对阀板的磨损破坏。不过，由于楔式闸阀的闸板与阀座密封面具有倾角，阀板容易夹杂大直径的介质物料，造成操作闸阀费力，阀板对阀座密封有破坏，闸阀密封效果不佳。因此，楔式闸阀对输送介质的清洁度是有要求的。

1.2.4 平行时闸板闸阀的特点

与楔式闸阀不同，平板闸阀的阀板两密封面相互平行；旋转手轮，平行闸板在两阀座面上滑动，擦拭介质中的颗粒物，故平板闸阀适合安装在粘稠状、带悬浮颗粒的介质中，且流阻小。平板闸阀对介质压力是有要求的：当介质压力过大时，经常启闭，阀板与阀座密封面的磨损较大。当介质压力过小时，阀板与阀座密封面的密封力不易达到合适的密封。且高速高压的流体对阀板的冲击较大。

1.2.5 闸阀类型的选择建议

粘稠性、带悬浮颗粒的介质优先选择用平板闸阀：如刀型平板闸阀；而清洁型流体不妨选择楔式闸阀。

1.3 截止阀的密封情况

1.3.1 截止阀平面密封特点

装配截止阀时，具有一定晃动量的阀瓣能够自动找到与阀座密封的最佳位置，故截止阀对阀瓣的导向要求不是很严格。但是，大颗粒的介质对阀座、阀瓣密封面具有磨损。

1.3.2 截止阀锥面密封特点

相比平面密封，截止阀的锥形阀瓣与阀座接触的接触面积较小，在相同的介质密封作用力下，密封比压较大，故锥形阀瓣的截止阀更容易实现密封。

1.3.3 截止阀球面密封特点

截止阀的球面阀瓣与阀座接触，阀瓣能根据介质力较好的调整与阀座的接触情况。理论上，球面阀瓣与阀座形成线接触，相比锥形阀瓣，球面阀瓣的密封比压更大，更容易形成密封。但线接触密封更容易受到冲击，故对阀座阀瓣材质的耐冲蚀要求要高。

2 阀门密封失效的常见原因及改进措施

(1)介质通过截止阀，流动阻力增加，压力降低。当低至介质饱和蒸汽压后，汽蚀现象发生。受压挤的气泡破碎高速撞击在阀座、阀瓣的金属表面，造成金属表面缺陷，疲劳破坏，密封性能失效。一般采取应用气相沉积技术致密截止阀锥形阀瓣密封面坚硬和通过增大阀腔、减小阀瓣倾角、尝试变锥形阀瓣为球面阀瓣等技术手段来优化截止阀内结构，减小流阻损失，保护阀门密封长久有效10。

(2)设计不合理和制造工艺落后、粗糙是造成阀门密封失效的常见原因，多是小流量的渗漏。选择制造质量品牌的阀门，一般可以避免类似情况的发生。

(3)含有悬浮状、固体杂质、粘稠性物料易造成阀门密封失效，引起介质泄漏。根据操作温度、压力等工况，介质的理化特性等选择合适的阀门即可解决这一问题。

(4)因为误操作或者剧烈工作的工况导致阀杆卡死，阀门关闭不严甚至无法关闭，造成介质泄漏，引起装置及环境污染。开展定期检修，设置旁路可缓解这一矛盾。

(5)所选阀门零部件的材质难以满足腐蚀性或者高温高压苛刻操作介质的要求，致使阀门零部件强度、刚度破坏。阀门选材导致的泄露所存在的漏洞可从阀门材质源头入手，便水到渠成的解决问题。

(6)由于工厂的开停车，造成压力时大时小的剧烈震荡，变化的压力导致密封面干摩，短时间内产生的热量无法被带走，致使密封材料烧焦，阀门密封失效。这要求阀门自密封系统要精良，确保阀门密封正常工作。

3 总结

阀门是保证管道和设备安全平稳运行的重要管路组成元件，其结构相对较复杂，技术含金量较高。因阀门质量问题造成装置出现安全事故的例子时有发生，因为充分认识并掌握阀门知识势在必行。阀门的密封系统是阀门的重要组成部件，阀门密封系统的设计、选材、装配、试验以及后续的安装运行都是至关重要的。掌握阀门密封原理，可控阀门密封不泄露是保障装置安全生产的关键步骤。

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