管道球阀故障及应对措施.pdf

第 l 7卷第 4期 2 0 0 7年 8 月 茂名学院学报 J O UR NA L OF MA OMI NG U NI V ER S ⅡY VD 1 ． 1 7 N l0 ． 4 A u g ． 2 0 0 7 管道球 阀故障及应对措施 林元 茂 中国石化销售有限公司华南分公司 调控中心， 广东 茂名 5 2 5 0 0 0 摘要 阐述了管道球阀的基本结构和工作原理， 总结了管道球阀在安装、 使用过程中常见的故障， 分析了故障产生的原因， 并提出了应对措施。 关键词 管道球阀； 球阀故障； 球阀安装 中图分类号 T E X 3 7 4 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 5 9 0 2 0 0 7 0 4 0 0 2 1 0 4 球阀在长距离输送管道上的应用范围很广。西南管道工程是一条成品油长距离输送管道， 工程干线 1 5 3 9 k m 以广东茂名为首站， 途经广西、 贵州， 最终到达云南昆明， 同时敷设黎塘一南宁 1 0 7 k m 、 柳州支 线 2 7 k m 、 昆东支线 1 8 三条支线 ， 干线和支线总长 1 6 9 1 k m， 年输送成品油 1 0 0 0 万 t ， 共有输油站 1 9 座。该工程选用 了大量的球阀应用于主干线 作 为线 路截 断阀 及 输油站内的收发球筒、 下载线 、 进 出站 线、 越站线等众多场合 ， 因此 ， 保证球阀的良好运行对于长输管道企业 的连续稳定输油有着 十分重要 的意 义 。 1 管道球 阀的结构特 点和工作原理 1 基 本 结构 。 球阀主要由阀体、 阀座、 球体、 阀杆等部件组成， 见图 1 。 球阀是 由旋塞演 变而来 ， 它 的启 闭件 为一个 球 体， 利用球体的绕阀杆的轴线旋转 9 0 实现开启和关 闭的 目的。球阀在管道上主要用于切断、 分配和改变 介质流动方向。设计成 V形开 口的球 阀还具有 良好 的流量调节功能。 ⋯ 2 工作原理。 在固定球球阀中， 球体具有上、 下转轴 ， 被固定在球体的轴承 中， 球体的位置固定， 液体的压力不能使它产生位移， 流体压力在 球体上产生的作用力全部传递给轴承， 阀座不会承受过大的压力， 因此 ， 阀门操作力矩小 ， 密封性能稳定_ 2 ] 。可是 ， 阀座却是浮动 的， 它们借助于弹簧及流体推力压向球体 ， 建立初始密封比压。金属 阀座与阀球之间建立第一道密封 同时也确保在失火状态下的密 封 ， 软密封与阀座紧密贴合建立第二道密封， 以保证完全零泄漏。 阀座密封原理见图2 3 管道球阀的特点。 球 阀不仅结构简单 ， 密封性好 ， 而且在一定 的公称通径范围内 收稿日期- 2 0 0 7 0 5 2 1 ； 修回日 期 2 0 0 7 0 6 1 7 作者简介 林元茂 1 9 8 O 一 ， 男， 广东茂名人， 本科， 从事静设备研究工作。 阀座 图 2 阀座 密封原理 图 圈 维普资讯 2 2 茂名学院学报 2 0 0 7年 体积较小、 重量轻、 材料耗用少、 安装尺寸小， 并且驱动力矩小、 流阻小、 操作简便。易于实现快速启闭， 是 近年来发展最快的阀门品种之一， 而且向高压、 大口径 高密封性、 长寿命、 优良的调节性方向发展， 其可靠 性及其他性能指标均达到较高水平 引 。 全焊接阀体的球阀， 可以直埋于地下， 使阀门内件不受侵蚀， 最高使用寿命可达 3 O 年， 是石油、 天然气 管线最理想的阀门。 2 球阀在西南管道工程 中的应用 在西南管道工程选用的开关型球阀中， 线路截断阀采用了全焊接阀体、 固定球、 自泄式阀座； 站内球阀 则用了法兰结构阀体、 固定球、 自泄式阀座。全线共计 1 5 8 台开关型球阀， 其中全焊接线路截断阀5 4台， 法兰球阀 1 0 4 台。西南管道球阀主要分布及使用情况见表 I 。 表 1 西南管道球阀分布及使用情况表 序号 安装位置 数量， 台 故障， 台 主要故障原因 主干线 茂名首站 玉林分输泵站 贵港分输站 黎塘分输泵站 南宁末站 柳州分输泵站 柳州分输库区 河池分输泵站 陆桥泵站 下司泵站 都 匀分输泵 站 贵阳分输泵站 安顺分输泵站 晴隆分输泵站 盘县分输泵站 曲靖分输站 秧田冲分输泵站 长坡末站 昆东库 区 内漏、 过力矩 内漏 内漏、 过 力矩 内漏 、 过 力矩 过力 矩 内漏 、 过 力矩 内漏 内漏 、 过力矩 内漏 、 过 力矩 过力 矩 内漏 、 过力矩 过力矩 内漏 开关型球阀故障原因主要是内漏及过力矩， 调节型球阀则主要是阀 杆填料密封渗漏， 西南管道全线共计 l 6 台调节型球阀， 其中有 3台调节型 球阀曾出现过阀杆填料密封渗漏问题。 球阀各种故障分布情况如图3 所示。 3 长输管道球阀常见故障及原因分析 3 ． 1 内漏问题及其原因分析 1 存放不当造成阎球及 阀座损坏。 图3 球阎故障分布情况 订购的球阀到货后一般都不是立即安装 ， 如果在开箱检验后， 没有采取适当的保护措施或恢复厂家出 厂时的包装状态， 有可能造成阀门球体的锈蚀， 严重的甚至导致球体表面镀层的脱落， 直接影响球体的耐 磨性和抗腐蚀能力， 缩短阀门的使用寿命。 2 残 留硬质杂质造成阀球及 阀座损坏。 长输管道的线路很长， 尽管采取了分段通球试压清管， 但在水联运期间及投油初期， 仍旧无法保证管 道内的杂质已经全部清理干净， 这些硬质杂质 如焊条头、 焊渣、 焊接飞溅等 跟随水或油在操作中进入球 阀内， 一旦在开关过程中夹杂在球体密封面和阀座密封间， 就会损坏金属阀座和软阀座， 甚至造成球体表 2 7 2 m 1 8 1 7 5 5 7 7 7 7 7 3 7 6 2 ●2 3 4 5 6 7 8 9 m n￡ j H 竹墙 维普资讯 第 4 期 林元茂 管道球阀故障及应对措施 2 3 面的划伤。譬如， 西南管道安顺分输泵站收球筒前球阀在运行中， 由于硬质镶人阀座密封面处， 造成阀座 上的主密封圈 软密封 两处严重磨损 。 3 运行操作不 当造成阀座及 阀球损坏。 开关型球阀不允许作为调节型球阀使用， 如果操作中把开关型球阀用做调节阀， 将阀门置于半开半关 状态， 那么阀座将直接经受夹带杂质流体的冲刷， 急速加剧阀座的磨损， 流体中夹杂的硬质杂质会直接破 坏阀座密封面， 造成阀门出现内漏问题 。 阀球表面划伤和阀座软密封圈损坏示例见图 4 、 图 5 。 图4 阀球表面划伤 图5 阀座软密封圈损坏 3 ． 2 过力矩 问题及其原因分析 1 球 阀所 需力矩与执行机构输 出力矩不匹配， 设计安全系数 小。 目前大部分球阀启闭力矩均是根据工况条件进行理论计算 ， 并结合实际使用情况加上经验修正后得 出的理论计算力矩， 因此其提供的力矩数据并非实验测得的力矩数据， 如果经验修正不准确很可能会造成 球阀实际的启闭力矩远远大于阀门的理论计算力矩 ； 另一方 面， 执行机 构输 出力矩的安全系数选择偏小 ， 导致球阀所需的启 闭力矩与执行机构 的输 出力矩相去甚远 ， 执行机构提供的最大输 出力矩不足 以打开全 压差下操作的球阀 ， 从而引起 阀门出现过力矩 的故障[ 4 ] 。 2 杂质增大阀门开关操作力矩。 管道内大颗粒 的硬质杂质不仅能损坏 阀座及阀球 ， 而且还会阻碍球体的转动 ， 增大摩擦力 ， 急剧加大 阀门的启闭力矩。另外 ， 小直径的杂质如果大量淤积在阀体 内， 也会增大球阀操作力矩 。 西南管道林站越站球阀 位号为 0 2 M O V 0 1 3 ， 在全压差下 出现过力矩问题 ， 无法打开 ， 分别对球阀本体 所需要的力矩及执行机构的输出力矩进行了检测 ， 结果见表 2 、 表 3 。 表 2 球阀操作力矩检测结果 表 3 执行机构输出力矩检测结果 注 技术要求， 球阀操作力矩 B I D ≤4 4 2 1 N m 由检测结果发现 ， 该球 阀过力矩 的原因主要是球 阀本体的实际操作力矩大于设计操作力矩 ， 同时电动 执行机构输出力矩又远小于技术要求的输出力矩， 所以在大压差情况下 ， 电动执行机构无法操控球阀， 出 现过力矩问题。另外， 如果球阀在长期不使用状况下， 球阀的操作力矩要大于定期操作时的球阀所需要力 矩 如表 2 中开关球阀数次后 ， 球阀操作力矩逐渐减小并基本趋于稳定 。 4 故障应对措施 球阀在长输管道上相对主输油泵而言并不属于特别关键的设备， 但由于它在长输管道上应用非常普 遍 ， 因此 ， 必须采取适 当有效 的措施避免其出现故障 ， 即使出现故 障也能够及时予以处理解决。 维普资讯 茂名学院学报 2 O 0 r 7 年 1 正确 合 理选 型 。 结合各种不同结构球阀的优缺点， 充分考虑性价比， 确定合适的选型原则。其中， 着重考虑球阀的实 际操作力矩与理论计算力矩的差别， 准确选择输出力矩满足要求的执行机构， 既要避免产生过力矩问题， 也要防止出现“ 大马拉小车” 。 2 严格施工管理。 施工期间， 将未安装的球阀置于全开位置， 采取适当的措施对球阀进行润滑、 干燥、 密封和固定， 保证 球阀在安装前处于完好无损的状态。 长输管道的清管扫线工作是长输管道试运行前的重点和难点工作 ， 但这项 目工作也是保证长输管道 各种设备长周期稳定运行的重要基础。因此， 一方面， 要从施工期间开始着手 ， 加强施工管理， 防止杂质进 人管道； 另一方面， 管道试运前必须采取各种措施对管道进行多次、 彻底的清扫， 确保管道内干净无物。同 时， 执行施工期间或水联运期间的站问清管扫线， 由于管道内杂质非常多， 尽可能不要使用球阀作为截断 阀门， 避免杂质堵塞损坏球阀。 3 规 范运行操作。 严格按厂家提出的操作要求， 依据厂家说明书， 编制阀门的操作规程， 规范实际操作， 开关型球阀严禁 作为调节球阀使用， 防止不正确的操作损坏球阀阀座密封面； 定期开关操作， 减少阀门卡阻的可能性 长期处于关闭状态的球阀， 其实际操作力矩会逐渐上升， 为了减少球阀卡阻的可能性 ， 要据管道工艺 运行的情况 ， 适当安排球阀定期进行开关操作， 确保其灵活好用。 4 维护保养。 从管道清管扫线、 水联运开始， 直到全线的投油运行 ， 在不同阶段制定合适、 详尽的润滑、 清洗、 维护保 养计划， 并组织实施。 5结束语 综上所述， 阀门内漏的主要原因是管道内的硬质杂质镶人密封面处， 在球阀的开关过程中， 划伤密封 面， 从而引起球阀的内漏； 球阀的过力矩问题则主要是设计、 选型及制造存在问题引起的； 管道内的杂质及 维护保养的情况也对过力矩有较大影响。本文对管道球阀故障分析与研究的结果 ， 不仅对于提高管道球 阀的使用管理水平有着十分重要的意义， 而且对于改进球阀结构设计及提高球阀适应性也有一定参考价 值。 [ 参考文献] [ 1 ]陆培文， 孙晓霞， 杨炯良． 阀门选用手册[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 2 2 7 2 3 0 ． [ 2 ] 章华友， 晏泽荣， 陈袁芳 ， 等． 球阀设计与选用[ M ] ． 北京 北京科学技术出版社 ， 2 0 0 0 1 1 2 ． [ 3 ] 洪勉成， 陆培文， 高凤琴 ． 阀门设计计算手册[ M ] ． 北京 中国标准出版社， 1 9 9 4 1 8 1 9 ． [ 4 ] 杨源泉． 阀门设计手册[ M ] ． 北京 中国标准出版社， 1 9 9 4 6 8 7 1 ． F a i l u r e a n d S o l u t i o n t o P i p e l i n e Ba l l Valv e s I - J N Yu a nn l a o C o n t r o l C e n t e r 。 S I N O P E C S a l e C o． L t d ． S o u t h C h i n a B r a n c h ， M a o m i n g 5 2 5 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s i c s t r u c t u r e a n d p r i n c i p l e o f w o r k o f p i p e l i n e b a l l V alV S i s e x p a t i a t e d．C o m mo n f a i l u r e s o ft h e i n s t a l l a ti o n ，o p e rati o n and ma - i n t e n a n c e o f p i p e l i n e b a l l v a l v e s a r e s u mma r i z e d，p r o b a b l e c a u s e a l e a n a l y z e d， and c o r r e s p o n d i n g s o l u ti o n s a l e p u t f o r wa r d． Ke y wo r d s b a l l v alv es f o r p i pel i n e s ； b a l l v a e v es f a i l u r e s ； i n s t a l l e ti o n o f b a l l v o l v es 维普资讯