输气站场手柄式球阀开关困难故障处理方法研究

余俊涛，刘 愉，张兵强，柴 军

(1.山东省中远天然气技术服务有限责任公司武汉分公司，安徽安庆 246000；2.中国石油化工股份有限公司天然气分公司山东天然气销售中心，山东济南 250014)

0 引言

手柄式球阀在川气东送管道站场主要应用于小孔径旁通管线、自用气撬、调压出口、放空与排污管线等位置。手柄式球阀为阀门手动执行机构范畴，操作便捷，启闭速度快，因此被大量应用于输气站场设备中，保证这些手柄式球阀开关性能完好对于输气站场安全运行至关重要。随着设备常年运行，现场手柄式球阀出现开关困难甚至抱死的现象[1-2]，为输气站场安全平稳运行带来了隐患，因此应针对手柄式球阀开关困难问题因素进行分析，提出故障处理方法。

1 手柄式球阀结构及动作原理

1.1 手柄式球阀结构

天然气站场的手柄式球阀一般为小口径阀门(DN150)。其结构主要包括：手柄、限位、填料压盖、阀杆、密封填料、阀体、阀座、球体、注脂嘴(部分阀门无)等部分，如图1所示。

(a)手柄式球阀剖视图

1.2 手柄式球阀动作原理

球阀主要被作为截断阀使用。球阀的关闭件是一个具有圆形洞的球体。当球体中的洞和管道平行时，阀门打开。转动手柄，可关闭阀门。

2 手柄式球阀开关困难原因分析

一般天然气管道配备的球阀主要由阀体、球体、阀座、阀杆及执行机构组成[3]，根据结构及原理可知，球阀的动作包含阀杆和球体的转动，因此阀门不能动作说明阀杆和球体至少其中之一的转动受到了限制。结合实践经验，影响阀杆和球体转动主要有以下4种情况。

2.1 阀座与球体抱死限制球体转动

球阀的开关操作会将管道内的杂质带入阀腔，附着在球体表面，如果长时间不进行保养和活动，阀座就可能与球体抱死[4]，阻碍球体转动，操作阀门就会比较费力甚至不能操作(图2)。每年对有注脂嘴的球阀进行注脂维护，部分清洗液及润滑脂(或密封脂)会在阀腔内堆积，如果润滑脂(或密封脂)干结硬化，也会造成阀门开关不灵活，当达到一定程度就会阻碍球体转动，从而出现阀门抱死。

图2 阀座与球体抱死示意图

2.2 阀门内部结冰导致限制球体转动

当天然气中含水量较高时，在输送的过程随着环境的变化，会出现凝析水。阀门中的水会存在阀门的最低点，这通常会是下枢轴或球阀阀体下部，在遇到室外温度较低或存在节流位置的情况下结冰，造成阀门不能开、关操作(图3)。

图3 阀门内部结冰位置示意图

2.3 阀杆变形限制阀杆转动

阀门在运行过程中，因阀杆维护不当或加长杆会产生锈蚀损伤等现象，一旦阀杆产生锈蚀，阀杆在转动过程中会增加环向运动摩擦力，阻碍球体转动[4]，此外球阀在搬运安装过程阀杆受径向外力碰撞，或者球阀在操作过程中长期憋压操作等都会导致阀杆变形。阀杆变形后，阀杆转动时，阀体在与阀杆配合的部位就会产生限制阀杆转动的反向力，从而阻碍阀杆转动(图4)。

图4 阀杆变形示意图

2.4 填料压盖与阀杆配合处锈蚀限制阀杆转动

手柄式球阀阀杆运动受限主要是因为阀门填料压盖与阀杆的配合面(图5)，出现锈蚀，影响压盖和阀门的配合间隙。从结构图可以看出，填料压盖被紧固螺栓固定，当动作手柄时，压盖就会产生相反的力阻碍阀杆的转动。如果锈蚀严重，压盖与阀杆就会抱死，从而导致阀门不能开关动作。

(a)锈蚀部位正视示意图

3 手柄式球阀开关困难故障处理程序

3.1 球体清洗润滑

如果故障阀门带有注脂嘴，优先选择对阀门进行清洗润滑[5]。先使用手动注脂枪向阀门内注入适量的清洗液，浸泡至少6 h后，再注入润滑脂。如果阀门经过处理后开关困难现象有所改善，则再反复清洗润滑，且每清洗润滑1次，反复活动阀门3～5次，直到开关恢复正常为止。对于无注脂嘴的阀门，不需要考虑此方法。

3.2 压盖与阀杆配合位置清洁润滑

如果对球体清洗润滑(有注脂嘴)无效，则考虑是压盖与阀杆配合处锈蚀，需要对配合处清洁润滑处理。首先依次取下阀门手柄、限位片和填料压盖，然后对压盖内壁和阀杆除锈润滑，如果压盖内壁和阀杆上有明显的锈蚀凹坑，需要用砂纸打磨光滑，直到压盖在不紧固螺栓的状态下能轻松转动。最后在阀杆上涂抹润滑油后装上压盖，并紧固螺栓压紧压盖。此过程中，最关键且难度较大的步骤是取出压盖。因为如果阀门压盖与阀杆之间锈蚀，则压盖可能不能活动或者只能小范围活动。需先对锈蚀位置用除锈剂除锈润滑，然后使用小铜锤逆时针敲击压盖使其转动，如果敲击不动则再顺时针回敲。如此反复，使压盖慢慢松动，最后使用拉马将压盖取出。需要注意的是，在敲击和拉拽压盖的过程中，必须注意力量的控制并做好阀杆的泄漏情况监测，防止密封出现松动导致泄漏。如果在处理过程中，阀杆出现泄漏，则需要更换填料后再进行压盖的安装，且压盖一定要紧固到位。

3.3 阀体加热或敲击

如果手柄式球阀开关故障出现在气温非常低时，则需要考虑阀内结冰的因素。如果上述方法都没有效果的情况下，可以尝试用包裹保温棉、缠绕伴热带、开水淋烫和敲击阀体(铸铁阀门禁止)的方法处理。如果在非低温时，则不需要考虑此因素。同时定期开展设备排污排凝对于预防此类问题也能起到至关重要的作用。

3.4 更换阀门

如果上述方法都不能排除开关故障，则可能是阀杆变形或其他因素导致力矩不能传递，则需要更换阀杆或阀门处理。阀杆更换必须在对阀体放空后拆解阀门。过程中需要注意对阀门密封的保护，防止拆装过程中损伤密封导致泄漏。小尺寸阀门更换则需要在安装前检查新阀门是否合格。对于可能造成用气影响或因所处特殊位置不能对相应管段放空处理的阀门更换时，如果条件许可，可以利用不停输带压更换高压球阀装置进行作业[6]。

4 实践效果

上述方法经过多次实践证明，已经在川气东送某管理处辖区多次处理手柄式阀门开关困难故障。通过对阀门进行周期性清洗注脂维护能有效防范阀体内部抱死现象；针对低温节流处启用电伴热以及做好设备排污工作也能有效防范结冰引起的阀门开关困难；“压盖与阀杆配合处清洁润滑”的方法能解决大多数阀门开关故障，操作简单、快速有效，安全性能高，其在线实施不影响阀门状态和工艺流程，极大降低了作业风险，降低了维修成本。

5 结束语

阀门开关故障问题在长输管道经过长时间运行后显现，阀门开关故障会给安全生产运行带来隐患，同时如果更换阀门，则成本增加，且如果阀门处于各工艺区域的进口或出口位置，则更换阀门风险也相对增大。本文总结了川气东送输气站场手柄式球阀(小口径阀门)开关故障的成因和处理方法。

当手柄式球阀出现开关故障时，鉴于以上方法都只对应相应的故障成因，应注意以下4点：对于阀门开关故障在线维修，为保障作业安全，如果阀门处于可放空的位置，建议先放空再处理；在处理手柄式球阀开关故障时，结合方法的难易程度，应按照本文上述程序进行；在采取对干线相连小尺寸阀门带压更换时，要及时做好作业前模拟演练，熟悉操作步骤，分析作业风险，编制应急处置方案；手柄式球阀日常应加强维护保养，做好开关故障的预防。