化工控制阀密封填料 上海申弘阀门有限公司 之前介绍蒸汽截止阀热损失，现在介绍化工控制阀密封填料在化工装置中，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。
关键字：控制阀；填料函；填料；聚四氟乙烯；柔性石墨 1 化工控制阀密封填料引言
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。 控制阀具有结构简单和动作可靠等特点，但由于它直接与工艺介质接触，其性能直接影响系统质量和环境污染，所以对控制阀必须进行经常维护和定期检修，尤其对使用条件恶劣和重要的场合，更应重视维修工作。重点检查部位： 1、阀体内壁 对于使用在高压差和腐蚀性介质场合的控制阀，阀体内壁、隔膜阀的隔膜经常受到介质的冲击和腐蚀，必须重点检查耐压、耐腐的情况。 2、阀座 控制阀工作时，因介质渗入，固定阀座用的螺纹内表面易受腐蚀而使阀座松动，检查时应予注意。对高压差下工作的阀，还应检查阀座密封面是否冲坏。 3、阀芯 阀芯是调节工作时的可动部件，受介质的冲刷、腐蚀zui为严重，检修时要认真检查阀芯各部分是否被腐蚀、磨损，特别是在高压差的情况下阀芯的磨损更为严重（因气蚀现象），应予注意。阀芯损坏严重时应进行更换，另外还应注意阀杆是否也有类似的现象，或与阀芯连接松动等。 4、膜片 "O"形圈和其它密封垫。应检控制阀中膜片、"O"形密封垫是否老化、裂损。 5、密封填料 应注意聚四氟乙烯填料、密封润滑油脂是否老化，配合面是否损坏，应在必要时更换。 调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。 2 填料函结构
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀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zui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(PTFE)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PTFE和油毛毡套环，用来清除阀杆上的污物和磨蚀颗粒。PTFEV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。 
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zui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 单层PTFEV形环填料
图2为单层PTFEV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，某些低压场合使用此形式，如果压力不超过2.07MPa、温度在-18～93℃之间，能满足体积分数为10-4级的泄漏量要求，提供了良好的密封性能并只有zui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。 
图3 双填料密封结构
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4为Enviro Seal填料系统，采用双层PTFEV形环填料结构，目前它是一种*填料系统，结构紧凑，实时负载弹簧设计，适用于压力不大于5.17MPa和温度不大于232℃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PTFE和石墨组件形式，满足防火测试。 
图4 PtfeEnviro Seal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O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。 密封性能差的问题
调节阀在使用中出现密封性能不好，产生泄露的问题要如何解决呢？以下来介绍一下调节阀密封性能差的五种解决方法：
1、研磨法细的研磨，消除痕迹，减小或消除密封间隙，提高密封面的光洁度，以提高密封性能。 2、提高执行机构密封力法，对于气动调节阀或是电动调节阀提高执行机构对阀芯的密封力，也是保证阀关闭，增加密封比压，提高密封性能的常见方法。
常用的方法有：①移动弹簧工作范围②改用小刚度弹簧③增加附件，如带定位器④增加气源压力⑤改用具有更大推力的执行机构。 3、利用不平衡力增加密封比压法执行机构对阀芯产生的密封压力一定，不平衡力对阀芯产生顶开趋势时。阀芯的密封力为两力相减；反之，对阀芯产生压闭趋势，阀芯的密封力为两力相加。这样就大大地增加了密封比压，密封效果可以比前者提高5～10倍以上，一般dg≥20的单密封类阀为前一种情况。通常为流开型，若认为密封效果不满意时，改为流闭型，密封性能将成倍增加，尤其是两位型的切断调节阀,一般均应按流闭型使用。 4、采用单密封、软密封法：对双密封使用的调节阀,可改用单密封,通常可提高10倍以上的密封效果,若调节阀不平衡力较大,应增加相应措施,对硬密封的阀可改用软密封,又可提高10倍以上密封效果。 5、改用密封性能好的阀：在不得已的情况下,可考虑改用具有更好的密封性能的阀.如将普通蝶阀改用椭圆蝶阀,进而还可改用切断型蝶阀、偏心旋转阀、球阀和为之专门设计的切断阀。 目前使用的zui广泛的阀门填料是PTFE，因为它几乎能同时具备以上各种性能，有*的化学惰性和优良的润滑性。当填料的工作温度在-40～232℃时PTFE，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。
PTFE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300℃以上时，PTFE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，zui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，上部再安放V形PTFE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-200～600℃，适用于公称压力不高于32MPa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PTFE填料，对于负压与正压交替使用的场合，则应采用双层V形PTFE填料，下层正装，上层反装。
H2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PTFE与石墨填料组合使用。流体温度高于200℃的场合，填料函多采用双重密封的结构。通常使用的非PTFE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PTFE，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zui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。与本文相关的产品有角式平衡型截止阀设计说明
|
