天然气管道球阀的维护及故障排除技术.pdf

天然气工业 2 0 0 5 年7 月 天然气 管道球 阀的维护及故障排除技术 朱 喜 平 中国石油天然气管道局秦皇岛输油气公司 朱毫平． 天然气管道球阀的维护及故障排除技术． 天然气工业， 2 0 0 5 ； 2 5 7 1 0 2 ～1 0 4 摘 要 随着天然气管道事业的发展， 球阀应用 日益广泛。和其他截 断阀相 比， 球阀结构 简单， 启 闭迅速 ， 流 体阻力小， 密封性能好 ， 寿命长 ， 可靠性高。但是由于运输、 安装、 操作、 保养和管理不善， 造成 阀门外部损伤和内满 的情况也时有发生， 这不仅会对企业造成 巨大的经济损失， 同时还可能严重影响管道 的安全运行。为此， 在介绍天 然气管道球阀基本结构的基础上 ， 着重从 1 4个方面对天然气管道球 阀从施工期到运行期维护和 管理技术做 了全 面的论述； 对天然气管道球阀常出现的内满和阀杆泄满原 因以及球 阀操作异常 的原 因进行 了探讨和分析， 并对每 一 种故障提 出了相应的解决方案； 最后对天然气管道球阀的维护和保养提出了 7条建议 。 主题词 天然气 管道 球 阀 维护 故障 排除 一 、管道球阀的基本组成及工作原理 1 ． 基本结构组成 一 般天然气管道用球阀主要是 由阀体、 阀座、 球 体 、 阀杆及传动装置组成。球阀的主要功能是接通 和切断管道 中流体的通道， 球阀是通过传动装置让 球体旋转 9 0 。 来实现开、 关功能的。 常用的天然气管道球阀主要有浮动球结构和固 定球结构两大类。①浮动式球阀的球体是可以浮动 的， 在天然气压力的作用下 ， 球体将被紧紧压到出口 侧的密封圈上， 这是将形成单密封， 阀前阀座的密封 不能保证。这种结构的球 阀特点是结构简单 、 单侧 密封性能好 ， 但其密封面承受的压力较大 ， 故启闭力 矩大。②而固定式结构球阀的球体具有上、 下转轴 ， 下部转轴被 固定在阀体下部的轴承上， 上部与阀杆 相连。球体可沿与阀门通道垂直的轴线转动， 不能 像浮动结构球阀一样球体可 以侧 向移动。因此， 固 定球球 阀工作时， 阀前流体的压力只传给轴承和阀 杆 ， 不会对阀座造成压力 ， 所 以固定球 阀转矩小， 阀 座变形小， 密封性能稳定 ， 使用寿命长 。固定球阀的 阀座是浮动的， 浮动阀座借助阀座后弹簧 的压力和 天然气的压力压紧球体， 从而实现密封 。 2 ． 球阀的阀座结构 国内天然气管道最常用的球 阀有 C AME R oN 球阀、 G R oV E球阀、 上海詹姆斯 莱来斯球阀、 自 贡球阀等 ， 最常用的阀座结构有以下几种形式 。 1 普通阀座 普通阀座一般用在直径等于小于 2 0 0 mm浮动 阀座的球阀上n 。普通阀座主要是在预紧力或流体 的压力作用下 ， 阀座与球体压紧， 并使阀座材料产生 塑性变形而达到密封 ， 其密封效果取决于阀座在流 体 的作用下或预紧力的作用下 ， 能够补偿球体不圆 度和表面微观不平度 的程度。这种阀座结构简单， 加工制造方便 ， 应用较为普遍。 2 弹性 阀座 弹性阀座形式相对较多， 但天然气管线上常用 的有螺旋弹簧组阀座和碟形弹簧阀座 ， 这两种阀座 都是靠弹簧 的弹力和流体 的压力将阀座推向球体， 从而达到密封。这两种阀座有很好的双向密封能力 和 良好的弹性补偿 能力， 但对于螺旋弹簧组阀座来 说， 每一支弹簧的刚度很难做到一致， 以致阀座受力 不均 ， 影响阀门的密封性能。相比之下 ， 碟形弹簧的 结构简单 、 紧凑、 加工方便 ， 且受力均匀。因此应用 相 当广泛 。 3 旋转阀座 球阀在打开瞬间或关闭终了前， 球体与阀座之 间形成月牙形的狭窄通道， 于是天然气被节流而呈 高速喘流湍流状态， 经常导致阀座被冲蚀而发生 内 漏。旋转阀座的主要特点是阀门在启闭过程中， 阀 座可沿通道的轴线作旋转运动， 通过开关 阀门使阀 座旋转 ， 可使阀座沿圆周方 向均匀磨损 ， 改善工作状 况 ， 延长使用寿命 。 作者简介 朱喜平 ， 1 9 7 4年生， 工程师 ；1 9 9 8年毕业于原西安石油学 院机械系， 现在 中国石油大学 北京 攻读硕士学位 ； 1 9 9 8年至今 ， 在陕京管线北京部从事工艺设 备维 护和管理工作。地址 0 6 6 0 0 0 河北省秦皇 岛市海港 区文化路 3 3 0号 。电 话 0 3 3 5 3 8 5 6 6 2 2 ， 1 3 0 5 1 5 1 9 1 8 6 。E - ma i l q h d z x p t o m． c o rn 1 0 2 维普资讯 第2 5 卷第7 期 天然气工业 二、 天然气管道常用球阀驱动装置 驱动装置据动力源的类别可分为 手动、 气动、 液动和电动驱动装置等 4种形式 。天然气站场应用 最多的是电动执行机构， 目前国内常用且性能优 良 的电动执行器有 R OT O R K 执行器和 B I F F E执行 器。电动球阀有启动转矩大、 启动迅速 ， 对大 口径阀 门这一特点尤为突出。电动球阀适合于远程控制， 电动球 阀在现场能够 以电动和手 动两种方式进行 开 、 关操作。 气液联动装置应用 日益增多， 目前常用的有旋转 叶片式和拨叉式气液联动装置。旋转叶片式气液联 动执行机构是利用管道内的高压气体通过液压油推 动密闭油缸内的旋转叶片直接带动阀门轴杆转， 结构 简单轻巧。拨叉式气液联动执行机构是利用管道内 的高压气体通过液压油推动活塞往复运动再通过拨 叉转换成阀门旋转运动， 结构较复杂， 外形尺寸较大。 三、 管道球阀的维护和管理技术 1 ． 施工期的维护和 管理 在施工期对球 阀进行科学的管理和维护 ， 是非 常重要的， 在施工期对设备管理到位， 维护科学， 不 但可以保证安全， 而且可以大大降低施工和运行管 理期的费用。主要应注意以下方面 ①要采用正确 的方法装卸阀门， 避免 阀门受到机械损伤。吊装 阀 门时， 吊装带不能拴在阀杆或执行器上进行 吊装 ， 否 则将造成阀杆弯曲、 阀径密封失效以及齿轮箱遭到 破坏 ； ②在出厂前， 要在 阀门两端加装 简易盲板， 避 免在运输的过程 中和工地上有水、 砂子等杂质进 入 阀腔， 对密封造成腐蚀和损伤； ③在施工现场 ， 阀门 最好整齐的摆放在枕木上， 不要随地摆放 ， 避免排污 嘴、 注脂嘴等被损坏或折断； ④在安装前 ， 必须对阀 门进行注润滑脂。通过注润滑脂一方面检查注脂通 道是否畅通 ， 另一方面要将阀座密封面和后腔注满 ， 避免杂质进入密封面和后腔， 同时在一定程度上可 减弱焊接高温对阀座 的损伤 ； ⑤在安装的整个过程 要保持阀门在全开位 ； ⑥当焊接完毕和做完水压实 验以及每次操作前后， 要及时的补入一定量的润滑 脂； ⑦做完水压实验后， 要将 阀腔里 的水及时排干 净， 防止锈蚀和结冰。 2 ． 运行过程中日常的维护和保养建议 ①周期性的检查阀门的密封性 ， 通过排污嘴来 检查， 如果有 内漏， 按内漏处理程序进行处理 ； ②适 时地向阀座注入一定量 的新鲜润滑脂， 注入的量和 频率依照阀门活动频繁程度而定， 一般当阀门活动 一 次后， 要适量注入润滑脂 ， 每次注入量大概为密封 系统容积的 1 ／ 8 ， 这样做的目的是最大程度的避免管 道内的杂质进入阀座后腔， 影响阀座运动， 从而导致 密封失效 ， 同时保证密封面时刻处于“ 湿润” 状态 ； ③ 对很少活动的阀门， 每年最少活动 1次， 同时注入适 量的润滑脂， 这样做可以避免球体 和阀座胶合， 同时 也可以避免球体活动时地干磨， 保护阀座和球体 ； ④ 入冬前对球 阀进行全面维护和保养 ， 重点要排掉阀 腔内和执行机构内的水， 避免冬天冻结， 影响 正常功 能； ⑤每年更换 1 次齿轮传动机构内的润滑脂 ； ⑥定 期检查阀径密封 ， 一旦 出现外漏 ， 要及时处理； ⑦清 除锈蚀， 对外部进行维护。 四、 常见故障及排除方法 1 ． 球阀内漏 球阀内漏是天然气管道球阀最常见的问题 。 1 球 阀内漏 的原 因 1 施工期造成阀门内漏 的原因 ①运输 和吊装 不当引起 阀门的整体损伤从而造成阀门内漏 ； ②出 厂时， 打完水压没有对 阀门进行干燥处理和防腐处 理 ， 造成密封面锈蚀形成内漏； ③施工现场保护不到 位 ， 阀门两端没有加装盲板， 雨水、 砂子等杂质进入 阀座 ， 造成泄漏； ④安装时， 没有对阀座注入润滑脂 ， 造成杂质进入阀座后部， 或焊接时烧伤引起内漏 ； ⑤ 阀没有在全开位进行安装， 造成球体损伤， 在焊接 时， 如果 阀不在全开位， 焊接飞溅物将造成球体损 伤 ， 当附有焊接飞溅物的球体在开关时进一步将造 成阀座损伤 ， 从而导致内漏； ⑥焊渣等施工遗 留物造 成密封面划伤； ⑦ 出厂或安装时限位不准确造成泄 漏 ， 如果阀杆驱动套或其他附件与之装配角度错位 ， 阀门将泄漏 。 2 运行期造成 阀门内漏的原 因 ①最常见的原 因是运营管理者考虑到较为昂贵的维护费用对阀门 不进行维护， 或缺乏科学的阀门管理和维护办法对 阀门不进行预防性维护 ， 造成设备提前出现故障 ； ② 操作不当或没有按照维护程序进行维护造成内漏 ； ③在正 常操作时， 施 工遗 留物划伤密封面， 造成 内 漏； ④清管不当造成密封面损伤造成内漏；⑤ 长期 不保养或不活动阀门， 造成阀座和球体抱死 ， 在开关 阀门时造成密封损伤形成 内漏 ； ⑥阀门开关不到位 造成内漏 ， 任何球阀无论开 、 关位 ， 一般倾斜 2 。 ～3 。 就可能引起泄漏0 ； ⑦许多大口径球 阀大都有阀杆 止动块 ， 如果使用时间长， 由于锈蚀等原因在阀杆和 阀杆止动块间将会堆积铁锈、 灰尘、 油漆等杂物 ， 这 些杂物将造成阀门无法旋转到位而引起泄漏如 果阀门是埋地的， 加长阀杆会产生并落下更多的锈 蚀和杂质妨碍阀球旋转到位 ， 引起阀门泄漏 ， ⑧一般 】 03 维普资讯 天然气工业 2 0 0 5 年7 月 的执行机构也有限位 ， 如果长期造成锈蚀 ， 润滑脂硬 化或限位螺栓松动将使限位不准确， 造成 内漏 ； ⑨电 动执行机构的阀位设定靠前， 没有关到位造成内漏 ； ⑩缺乏周期性的维护和保养 ， 造成密封脂变 干、 变 硬 ， 变干 的密封脂堆积在弹性阀座后， 阻碍 阀座运 动 ， 造成密封失效。 2 内漏 的判断方法 天然气管线上常用的是 固定轴球 阀， 其一般 的 检查方法是 将阀门转动到全开或全关位， 通过阀体 排污嘴的排放检查是否有泄露。如果 可以排干净， 则证明密封 良好。如果始终有压力排出， 则可以认 为阀门泄漏 了， 这时要对阀门进行相应的处理。但 要 特别强调 的是 对于 GRoVE B一5和 B一7 A 型球 阀、 P B v球阀、 R OB E R T C OR T球阀只能在全关位 进行检查 ， 因为这类球阀在阀体上开了一个通道， 当 全开位时， 用 以平衡管线和阀腔的压力。但当全关 位时 ， 不会 出现这 种情况 。 3 内漏的处理程序 ①首先检查 阀门的限位 ， 看是否通过调整限位 能解决阀门的内漏。②先注入一定量的润滑脂看是 否能止漏 ， 这时注入速度一定要慢 ， 同时观察注脂枪 出口压力表指针的变化来确定阀门的内漏情况。③ 如果不能止漏， 有可能是早期注入的密封脂变硬或 密封面损坏造成内漏。建议这时注入阀门清洗液， 对阀门的密封面以及阀座进行清洗 。一般最少浸泡 半小时， 如果有必要可以浸泡几小时甚至几天， 待 固 化物全部溶解后再做下一步处理。在这一过程中最 好能开关活动阀门几次 。④重新注入润滑脂 ， 间断 的开、 关阀门， 将杂质排 出阀座后腔和密封面。⑤在 全关位进行检查 ， 如果仍有泄漏 ， 应注入加强级密封 脂， 同时打开阀腔进行放空， 这样可 以产生大的压 差， 有助于密封 ， 一般情况下 ， 通过注入加强级 密封 脂内漏可以消除。⑥如果仍然有内漏， 就要对阀门 进行维修或更换。 2 ． 阀杆泄漏 大多数球阀的阀杆上设有上 、 下两道密封 ， 在一 般情况下， 可以不做任何维护， 但由于长时间磨损或 老化， 在 阀杆处有可能造成泄漏 。对于有注人 口的 阀杆， 可以通过注入密封脂来达到临时止漏 的目的。 加注密封脂应该缓慢 ， 最好用手动注脂枪 。当泄漏 停止时 ， 就应停止加注， 加注量过多会引起阀杆转动 困难 。当然 ， 有 的 阀杆 处根 据 结 构可 以通过 注 入 密 封填料或压紧填料压盖来达到密封。 3 ． 球阗操作异常 1 球阀长时间不进行保养和活动， 阀座会可能 与球抱死 ， 这种情况操作阀门比较费力甚至操作不 1 0 4 动 ， 这时最好注入一定量的清洗液浸泡一段时间然 后进行操作。 2 管线里 的垃圾、 沙子、 灰尘或老化、 硬化密封 脂堆积在阀座环周围并且影响阀座动作， 造成阀座 环卡死， 引起阀座与球 间的泄漏 。通常向阀门注入 清洗液来除去杂质。 3 当天然气中含水量较高时， 在运输的过程随 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， 在温度较低寒冷情况下结冰， 造成阀门开、 关不动。 4 在处理 阀杆泄漏时， 压紧螺丝上的太紧造成 开关困难， 压紧螺丝不应过松或过紧。 5 对于通过涡轮、 蜗杆 啮合传动来操作的球 阀 还可能有以下原因 ①轮齿磨损严重或折断， 造成无 法正常啮合 ； ②蜗杆上的安全销折断； ③蜗杆或蜗轮 上的轴承损坏 ； ④涡轮、 蜗杆的润滑不好， 用于这些 地方的润滑脂通常为石油基的， 会被水污染， 在寒冷 天气， 这些水可结冰 ， 使阀门无法操作。如果出现这 种情况 ， 拆开齿轮箱去除所有的冰、 水和受污染的润 滑脂， 并重新涂上新的润滑脂如果特别寒冷， 最 好使用低温润滑脂， 如乙醇基的润滑脂； ⑤齿轮箱和 阀体相连的螺栓有松动或被剪断 ； ⑥电动头故障， 没 有电源、 接线或设置错误等。 ‘ 6 对于气液联动的球 阀还可能有以下原因 ① 气路、 油路可能堵塞或管路限速阀处于关闭状态； ② 气源压力不足； ③液压缸或旋部件密封故障； ④压差 等原因造成扭矩过大。 五 、 结束语 为提高阀门的可靠度 、 延长阀门使用寿命 ， 做好 早期的尤其是施工期和投产期的维护和监管工作非 常重要 。为此建议 ①加强设备 出厂前维护的监督 工作 以及运输过程中的监管工作； ②加强设备现场 安装前的维护、 保养以及安装过程的监理工作；③ 安装前 ， 一定要进行水压实验 ， 及早发现问题 ， 及早 处理 ； ④改变观念， 进行预防性维护管理， 制定周期 性维护计划并严格实施；⑤加强专业培训， 提高专 业维护人员素质 ， 做到维护保养科学、 规范和安全； ⑥建立和完善设备出厂、 运输、 安装 、 试验、 使用 的维 护、 保养台帐， 为以后的管理工作做好原始资料 的记 录和积累； ⑦进行不断摸索， 建立相关的、 科学的维 护程序和检验标准。 参考文献 1 章华友， 陈元芳等． 球阀设计与选用． 北京 北京科学技 术 出版社， 1 9 9 4 修改回稿 丑期 2 O O 5 - 0 5 - 2 3 编辑■鬃清 维普资讯