化工控制閥密封填料 上海申弘閥門有限公司 之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹化工控制閥密封填料在化工裝置中，閥門的密封是非常重要的，閥門填料函是防止因閥桿移動而引起閥內(nèi)工藝介質向外泄漏的部件，是保證閥桿正常工作的不可忽視的部件。針對控制閥的填料密封，并結合相關資料，通過對幾種典型的控制閥填料函結構形式分析，闡述閥門填料函的幾種形式及其特點，介紹密封填料聚四氟乙烯和柔性石墨特性及應用場合，合理地選擇控制閥的填料函。
關鍵字：控制閥；填料函；填料；聚四氟乙烯；柔性石墨 1 化工控制閥密封填料引言
控制閥是自動控制系統(tǒng)的終端控制元件之一，選型尤為重要，由于在化工裝置中，存在許多的高溫，高壓工況，介質具有較強的毒性和腐蝕性，且為易燃易爆，當閥門有泄漏時，不僅會造成原材料和產(chǎn)品的浪費，而且對環(huán)境也會造成嚴重污染，甚至引起火災、爆炸、中毒等危害生命的安全事故。因此，閥門的密封問題應當引起足夠的重視，在設計選型中合理地選用控制閥的密封是非常重要的。
閥門的密封分為兩種，即外部密封和內(nèi)部密封，對于控制閥的外部密封，即填料密封，結合相關資料，對其結構形式進行分析，并對填料的選擇應該注意的方面進行探討。 控制閥具有結構簡單和動作可靠等特點，但由于它直接與工藝介質接觸，其性能直接影響系統(tǒng)質量和環(huán)境污染，所以對控制閥必須進行經(jīng)常維護和定期檢修，尤其對使用條件惡劣和重要的場合，更應重視維修工作。重點檢查部位： 1、閥體內(nèi)壁 對于使用在高壓差和腐蝕性介質場合的控制閥，閥體內(nèi)壁、隔膜閥的隔膜經(jīng)常受到介質的沖擊和腐蝕，必須重點檢查耐壓、耐腐的情況。 2、閥座 控制閥工作時，因介質滲入，固定閥座用的螺紋內(nèi)表面易受腐蝕而使閥座松動，檢查時應予注意。對高壓差下工作的閥，還應檢查閥座密封面是否沖壞。 3、閥芯 閥芯是調節(jié)工作時的可動部件，受介質的沖刷、腐蝕zui為嚴重，檢修時要認真檢查閥芯各部分是否被腐蝕、磨損，特別是在高壓差的情況下閥芯的磨損更為嚴重（因氣蝕現(xiàn)象），應予注意。閥芯損壞嚴重時應進行更換，另外還應注意閥桿是否也有類似的現(xiàn)象，或與閥芯連接松動等。 4、膜片 "O"形圈和其它密封墊。應檢控制閥中膜片、"O"形密封墊是否老化、裂損。 5、密封填料 應注意聚四氟乙烯填料、密封潤滑油脂是否老化，配合面是否損壞，應在必要時更換。 調節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節(jié)閥一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構使用的動力，調節(jié)閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節(jié)閥，以電為動力源的電動調節(jié)閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調節(jié)閥等。 2 填料函結構
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥控制閥閥門部分由閥的內(nèi)件和閥體組成，閥的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等，其中填料函部件用于對閥桿的密封，是用彈性方法防止工藝介質通過往復式或轉動式運動而在閥桿表面產(chǎn)生泄露，它是閥體不可分割的一部分，閥門的閥桿密封幾乎都是利用填料函來實現(xiàn)的。
圖1為zui常用的螺栓連接填料函部件，是典型直通控制閥填料部分的結構，它包括填料法蘭、填料壓蓋、套環(huán)和許多大小一樣的聚四氟乙烯(PTFE)V形填料環(huán)。填料通過法蘭和雙頭螺栓來定位和調整。填料法蘭和壓蓋以球形表面相接觸，如果因為疏忽而使填料法蘭沒對中時，閥桿不會受到側向力影響。套環(huán)為潤滑油的注入提供了間隙，在多數(shù)情況下，閥桿通過填料滑動之前有一個金屬護套，帶凸緣的PTFE和油毛氈套環(huán)，用來清除閥桿上的污物和磨蝕顆粒。PTFEV形填料環(huán)的工作特點是在閥內(nèi)介質的壓力作用下，填料外圈的唇邊在張開時，始終緊貼著填料函的內(nèi)壁，實現(xiàn)靜密封。同樣在壓力作用下，填料內(nèi)圈的唇邊張開時，始終緊貼著閥桿去保證動密封。這樣即使閥桿上下運動時，同樣能保證密封作用。 
圖1 螺栓連接單層填料函結構
圖1所示結構為外部壓緊填料密封結構。其密封是靠壓蓋從外部壓緊填料來實現(xiàn)的，在壓蓋壓緊軸向力作用下，填料與閥桿之間產(chǎn)生徑向接觸壓力，此種密封結構適用于中低壓閥門，其優(yōu)點是便于制造、加工和維修，缺點是與介質接觸的底層填料所受徑向壓力zui小，不利于密封。如果加大填料壓緊力，就會使閥桿的起閉力矩加大，加重閥桿的磨損，影響閥門使用壽命。 圖2 單層PTFEV形環(huán)填料
圖2為單層PTFEV形環(huán)填料，此結構是比較典型的模式，它是在填料環(huán)和填料函蓋之間使用圈形彈簧，是有彈簧的單層填料函及V型自密封填料環(huán)，彈簧產(chǎn)生欲緊密封力，保證填料的低壓密封。對于要求不太苛刻的使用場合，如水或蒸汽，某些低壓場合使用此形式，如果壓力不超過2.07MPa、溫度在-18～93℃之間，能滿足體積分數(shù)為10-4級的泄漏量要求，提供了良好的密封性能并只有zui低的運行摩擦力。在這種結構中，填料法蘭從外部壓緊了填料函內(nèi)部的填料環(huán)，填料環(huán)下部的彈簧從內(nèi)部壓緊了填料環(huán)。該結構使填料與閥桿間徑向接觸壓力沿軸向的分布趨于均勻，使各圈填料都能夠起到密封作用，易于實現(xiàn)密封。在閥桿中部，則易形成較厚的液膜，起到良好的潤滑作用，可以減輕填料對閥桿的磨損，延長閥門的使用壽命。 
圖3 雙填料密封結構
圖3是一種雙填料密封，即組合件有上、下兩組串聯(lián)的閥桿填料，這樣的密封結構閥門更可靠、安全，用于高壓場合；它也能用于高真空，但在這種情況下，V形環(huán)必須翻過來放。
圖4為Enviro Seal填料系統(tǒng)，采用雙層PTFEV形環(huán)填料結構，目前它是一種*填料系統(tǒng)，結構緊湊，實時負載彈簧設計，適用于壓力不大于5.17MPa和溫度不大于232℃的場合。在填料壓蓋處采用了“活載”結構，即在填料壓蓋的螺栓上增設碟簧，使填料壓蓋始終作用于填料上較大的壓力，從而可以防止因壓蓋螺栓松弛或填料松弛而造成的外漏，使得填料載荷始終保持恒定，是比較典型的減少泄漏排放的填料系統(tǒng)。此結構也具有雙填料PTFE和石墨組件形式，滿足防火測試。 
圖4 PtfeEnviro Seal填料系統(tǒng)一些角行程閥門如球閥、蝶閥、旋塞閥使用
一個旋轉式的閥桿，閥桿和密封元件之間沒有滑動摩擦，這就減少了填料的泄漏，延長了填料的使用壽命，用O形環(huán)或人字形填料的填料函密封閥桿。根據(jù)介質特性也可選擇雙填料密封。
3 填料的選擇
要保證閥門填料的密封性能好、使用壽命長、適應范圍廣，其材料必須具備以下各種性能：化學穩(wěn)定性強，不與任何化學物發(fā)生反應；摩擦系數(shù)低，耐磨性強，對閥桿磨損小；具有良好的自潤滑性，磨合性好，不與閥桿表面發(fā)生咬黏現(xiàn)象；具有一定的柔軟性；有良好的嵌入性和防震性；在較高的工作溫度下不結焦、不變質、不分解，在較低的溫度下不脆裂。 密封性能差的問題
調節(jié)閥在使用中出現(xiàn)密封性能不好，產(chǎn)生泄露的問題要如何解決呢？以下來介紹一下調節(jié)閥密封性能差的五種解決方法：
1、研磨法細的研磨，消除痕跡，減小或消除密封間隙，提高密封面的光潔度，以提高密封性能。 2、提高執(zhí)行機構密封力法，對于氣動調節(jié)閥或是電動調節(jié)閥提高執(zhí)行機構對閥芯的密封力，也是保證閥關閉，增加密封比壓，提高密封性能的常見方法。
常用的方法有：①移動彈簧工作范圍②改用小剛度彈簧③增加附件，如帶定位器④增加氣源壓力⑤改用具有更大推力的執(zhí)行機構。 3、利用不平衡力增加密封比壓法執(zhí)行機構對閥芯產(chǎn)生的密封壓力一定，不平衡力對閥芯產(chǎn)生頂開趨勢時。閥芯的密封力為兩力相減；反之，對閥芯產(chǎn)生壓閉趨勢，閥芯的密封力為兩力相加。這樣就大大地增加了密封比壓，密封效果可以比前者提高5～10倍以上，一般dg≥20的單密封類閥為前一種情況。通常為流開型，若認為密封效果不滿意時，改為流閉型，密封性能將成倍增加，尤其是兩位型的切斷調節(jié)閥,一般均應按流閉型使用。 4、采用單密封、軟密封法：對雙密封使用的調節(jié)閥,可改用單密封,通常可提高10倍以上的密封效果,若調節(jié)閥不平衡力較大,應增加相應措施,對硬密封的閥可改用軟密封,又可提高10倍以上密封效果。 5、改用密封性能好的閥：在不得已的情況下,可考慮改用具有更好的密封性能的閥.如將普通蝶閥改用橢圓蝶閥,進而還可改用切斷型蝶閥、偏心旋轉閥、球閥和為之專門設計的切斷閥。 目前使用的zui廣泛的閥門填料是PTFE，因為它幾乎能同時具備以上各種性能，有*的化學惰性和優(yōu)良的潤滑性。當填料的工作溫度在-40～232℃時PTFE，它密封性好，摩擦系數(shù)小，幾乎適用于各種化學藥品、酸、堿等流體和禁油場合。
PTFE可以整體壓制，也可以車制成形(V形環(huán))，整體的V形環(huán)要加彈簧力使它對閥桿具有起碼的欲緊力，并且能自我調整，不需要填料潤滑，也可以做為石墨填料的潤滑劑。聚四氟乙烯填料的缺點是膨脹系數(shù)高，當介質溫度達到300℃以上時，PTFE會急劇膨脹，很容易因摩擦發(fā)熱而抱軸，加劇磨損，縮短了填料壽命，zui終導致閥門在短期內(nèi)泄漏；它不能用于熔融狀堿性金屬、高溫的氟化氯和含有氟元素的介質，需要極其光滑的閥桿光潔度以正確密封，如果閥桿或填料表面被損壞，會產(chǎn)生泄漏。不可單獨用于結晶性或含固體顆粒的流體，如果必須使用，應在填料函下部安放石墨填料，上部再安放V形PTFE填料。
柔性石墨填料是一種新型的填料 ,它具有密封性、自潤滑性好 ,耐腐蝕 ,耐高低溫和溫度變化影響較小，適用于高溫或低氯含量的場合，常用于高壓蒸汽、水和油品介質以及對填料有較高要求的密封介質。除發(fā)煙硫酸、濃硝酸等強氧化介質外，柔性石墨能耐一切介質。使用溫度在-200～600℃，適用于公稱壓力不高于32MPa的工況條件，提供無泄漏操作，有高的熱傳導性和長久的使用壽命，但它對閥桿摩擦力大，通常要使用閥門定位器才能很好工作。它不能用于高濃度、高溫的強氧化劑，如濃硝酸、濃硫酸等介質。對于填料函尺寸較小的球閥、旋塞閥則僅用柔性石墨編織填料即可。在流體壓力為負壓的場合，應使用反向(開口向上)安裝的V形PTFE填料，對于負壓與正壓交替使用的場合，則應采用雙層V形PTFE填料，下層正裝，上層反裝。
H2是易燃物質，密度小，易泄漏，因此選擇填料要注意，一般采用V形PTFE與石墨填料組合使用。流體溫度高于200℃的場合，填料函多采用雙重密封的結構。通常使用的非PTFE填料一般為硅基潤滑脂，但在控制氧氣時不準使用潤滑脂。 
因此，一般情況下條件滿足優(yōu)先選擇PTFE，不滿足時選石墨。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形環(huán)和V形環(huán)混合使用。滲透性強的介質，可選用石墨填料 。
填料的使用條件與填料函結構、工況條件和填料的材料、形式等因素密切相關。在選擇填料時，應根據(jù)具體條件來定。一般來說，壓力與溫度之間只能滿足一個zui大值；選擇高溫閥門填料時，應首先考慮溫度；對于溫度壓力都不太高的腐蝕性介質，應優(yōu)先選擇耐蝕性好的材料。
4 結束語
閥門的密封性能是否良好，對石油化工裝置的安全運行起著重要的決定作用，因此在選用閥門時，應根據(jù)具體的介質條件、工況要求和閥門類型等，選擇合理的閥桿密封填料。既要做到密封可靠，又要經(jīng)濟合理，以保證石油化工裝置長周期安全運行。與本文相關的產(chǎn)品有角式平衡型截止閥設計說明
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