中压氧气截止阀故障分析与在线处理

许丙成，王胜利，陈 旭，蒋小林，孙争收

（安徽马钢气体科技有限公司，安徽马鞍山 243000）

引言

某公司管网中压氧气截止阀在线运行近三十年，多数阀门处于露天环境，因氧气管网阀门特殊性，长期运行，操作频次较少，缺乏维护，不具备在线更换条件。在特种设备压力管道新规要求下，压力管道定期检测中，发现在线阀门锈蚀严重、卡阻、阀杆漏气等问题[1]。

1 阀门故障分析

厂区管网中压氧气截止阀为J41F 型（直通式法兰连接截止阀），如图1。启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面，阀瓣沿阀座的中心线做直线运动。阀杆的运动形式为升降旋转杆式，可用于控制流体介质的流动。该类阀门的阀杆启闭行程相对较短[2]。

图1 J41F截止阀示意图

1.1 阀门动作阻力分析

(1)阀门关闭时，在手轮转动时在轴承处齿轮与阀杆会产生摩擦，造成一定的径向阻力，如图2。

图2 手轮处齿轮摩擦力

(2)阀门关闭时，填料密封会产生一定阻力，填料密封的机理是填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触，如图3。

图3 填料密封处转动径向力

(3)阀门在关闭时，随着阀瓣的下降，流体在阀瓣前后造成压差，使阀瓣下降阻力增加。当截止阀全关时，阀瓣前后压差等于介质工作压力，阻力最大。再加以强制的密封力，使截止阀关闭瞬间所需操作力更大，如图4。

图4 阀门关闭时阀瓣阻力

1.2 阀门动作异常可能因素分析

（1）阀门在全开时，气体流动使阀瓣经常受冲蚀腐坏。

（2）密封填料会在长期运行过程中受到磨损、浸蚀、老化、干涸等因素的影响,密封性能下降而导致渗漏。

（3）填料密封需良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。

（4）阀门长期处在露天情况下，经过日晒雨淋，会使阀门齿轮、阀杆固定平面轴承、连接杆缝隙等连接处产生锈蚀、有杂物等情况，导致阀门动作困难。

（5）平面轴承传动方式的手动阀，不适于长期动作较少的露天环境。

2 在线处理阀门问题

2.1 阀门初步处理

截止阀门现场动作和检查，发现问题有，盘根压得太紧、阀杆与阀杆螺母丝扣损坏、手轮、阀杆、轴承锈蚀严重，无法动作。针对这些问题，在线最简单的采取措施是对盘根压盖螺栓调整，进行来回试动；解决手轮处支撑平面轴承摩擦力的问题；对外部锈蚀部分进行除锈清理和对支撑平面处添加氟氯油为期2 周时间用以润滑处理。采取措施后，部分截止阀门依然卡阻，无法动作。

2.2 阀门新技术

因初步处理效果不佳，部分氧气管网截止阀仍无法正常操作，隐患依然存在。因此，尝试在线更换阀门执行机构，对管网截止阀进行在线隐患攻坚。

采用的新型氧气截止阀门是内平衡式氧气截止阀，齿轮箱（见图5）采用一对圆锥齿轮副传动，所有的锥齿轮均采用高强度的优质钢并经特殊处理，通过高强度的推力组件承受来自阀门阀杆的推力，具有结构紧凑、强调高、承受推力大、传动效率高等特点，且是全封闭结构，可以达到IP68 防护等级，适应各种环境，采用二硫化钼润滑脂，保证各啮合部位永久润滑无泄漏，无需更换润滑脂。对操作轻便、灵活和“零”泄漏的密封要求方面有独到之处。

图5 新型齿轮箱结构示意图

2.3 在线更换执行机构，解决阀门故障

该公司管道整改碰接新建南北区域联通主管，需关闭气体公司内编号V346 阀门。因阀门操作卡阻，经前期尝试润滑、减压处理无成效。采用新型阀门执行传动结构更换旧执行传动结构，首先对阀门支架进行精细尺寸测量，依据尺寸采购新型执行机构，有专业人员进行现场施工，对V346 阀门支撑架进行切割，向上旋转退出旧支撑架及执行结构，对底座，阀体、阀杆、压盖等结构进行清理，进行新支架安装，用螺栓连接安装新齿轮传动机构。原卡阻阀门改造后可轻易操作。后期陆续完成满足条件的12只截止阀门改造，均在管网正常使用。

2.4 阀门问题解析

拆检旧阀门执行机构过程极其困难。从全部拆检部件发现，阀门无法正常动作主要因为旧传动机构内保持架和滚珠锈蚀严重，致使阀杆卡阻，无法正常动作。

2.5 总结在线更换阀门经验

（1）现场更换执行机构需要进行切割阀座支架，需做好一切安全防范措施，如消防设备、消防车、救护车。

（2）现场阀门需由专业人员进行测量，对阀门支架高度、宽度、厚度、螺栓孔位置大小等进行精细测量确认，针对实际尺寸进行新执行机构制造。见图6截止阀支撑架测量图。

图6 截止阀支架测量示意图

（3）在线更换的阀门支架是连接式即螺栓连接，现场操作能对支架进行切割旋转退出支架及执行机构，一体式支架阀门不能在线施工操作。

（4）确保在线更换阀门是全开状态，切割支架，执行机构与螺杆分离后，管内介质会顶开阀门，容易造成安全隐患，所以要求阀门为全开状态。

（5）同等规格的阀门的制造也会存在差别，每一只阀门尺寸都有细微差别，所以每一只阀门处理更换须对应一个执行机构，否则会出现尺寸不对应，螺杆滑杆，阀门关不到位等一系列情况。

3 科学的阀门操作和维护

（1）在线运行的截止阀，各种阀件应齐全、完好。螺纹杆纹理完好、法兰和支架上的螺栓不可缺少，并要求运行班组或专业维保单位定期检查紧固。

（2）对长期不需要动的在线阀门进行每月不低于2 次的定期加油工作，由运行班组或专业维保单位定期加氟氯油，确保阀门的润滑性能。

（3）对长期全开不需要动的管网阀门，每月由运行班组或专业维保单位小幅度灵敏性检查动作1至2次，每次不大于1/2圈。

（4）每月进行管道、阀门的专业巡检，检查确保填料压盖无歪斜或无预紧间隙。有问题时及时安排运行班组或专业维保单位进行修正处理，检查填料是否过时失效，如有损坏应及时编制实际可行方案进行更换。

（5）对容易受到雨雪、灰尘、风沙等影响环境中的阀门,阀门需要安装保护罩。

（6）严格执行良好的检查和维护制度。

4 总结

系统科学地对阀门进行选型与匹配，以及有一套完善的阀门维护保养措施，是保证公司内长期不动作的阀门，在需要时能确保灵活动作的重要因素。因此我们在日常生产运行中应正确和有序有效地维护保养和保护阀门，使阀门正常发挥功能并且延长阀门使用寿命。