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摘要：隨著(zhù)天然氣管道事業(yè)的發(fā)展，球閥應用日益廣泛。和其他截斷閥相比，球閥結構簡(jiǎn)單，啟閉迅速，流體阻力小，密封性能好，壽命長(cháng)，可靠性高。但是由于運輸、安裝、操作、保養和管理不善，造成閥門(mén)外部損傷和內滿(mǎn)的情況也時(shí)有發(fā)生，這不僅會(huì )對企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，同時(shí)還可能?chē)乐赜绊懝艿赖陌踩\行。為此，在介紹天然氣管道球閥基本結構的基礎上，著(zhù)重從14個(gè)方面對天然氣管道球閥從施工期到運行期維護和管理技術(shù)做了全面的論述；對天然氣管道球閥常出現的內滿(mǎn)和閥桿泄滿(mǎn)原因以及球閥操作異常的原因進(jìn)行了探討和分析，并對每一種故障提出了相應的解決方案；最后對天然氣管道球閥的維護和保養提出了7條建議。
主題詞：天然氣 管道 球閥 維護 故障 排除
一、管道球閥的基本組成及工作原理
1．基本結構組成
一般天然氣管道用球閥主要是由閥體、閥座、球體、閥桿及傳動(dòng)裝置組成。球閥的主要功能是接通和切斷管道中流體的通道，球閥是通過(guò)傳動(dòng)裝置讓球體旋轉90°來(lái)實(shí)現開(kāi)、關(guān)功能的。
常用的天然氣管道球閥主要有浮動(dòng)球結構和固定球結構兩大類(lèi)。① 浮動(dòng)式球閥的球體是可以浮動(dòng)的，在天然氣壓力的作用下，球體將被緊緊壓到出口側的密封圈上，這是將形成單密封，閥前閥座的密封不能保證。這種結構的球閥特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、單側密封性能好，但其密封面承受的壓力較大，故啟閉力矩大。② 而固定式結構球閥的球體具有上、下轉軸，下部轉軸被固定在閥體下部的軸承上，上部與閥桿相連。球體可沿與閥門(mén)通道垂直的軸線(xiàn)轉動(dòng)，不能像浮動(dòng)結構球閥一樣球體可以側向移動(dòng)。因此，固定球球閥工作時(shí)，閥前流體的壓力只傳給軸承和閥桿，不會(huì )對閥座造成壓力，所以固定球閥轉矩小，閥座變形小，密封性能穩定，使用壽命長(cháng)。固定球閥的閥座是浮動(dòng)的，浮動(dòng)閥座借助閥座后彈簧的壓力和天然氣的壓力壓緊球體，從而實(shí)現密封。
2．球閥的閥座結構
國內天然氣管道最常用的球閥有CAMERON球閥、GROVE球閥、上海詹姆斯·萊來(lái)斯球閥、自貢球閥等，最常用的閥座結構有以下幾種形式。
(1)普通閥座
普通閥座一般用在直徑等于小于200mm浮動(dòng)閥座的球閥上[1]。普通閥座主要是在預緊力或流體的壓力作用下，閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封，其密封效果取決于閥座在流體的作用下或預緊力的作用下，能夠補償球體不圓度和表面微觀(guān)不平度的程度。這種閥座結構簡(jiǎn)單，加工制造方便，應用較為普遍。
(2)彈性閥座
彈性閥座形式相對較多，但天然氣管線(xiàn)上常用的有螺旋彈簧組閥座和碟形彈簧閥座，這兩種閥座都是靠彈簧的彈力和流體的壓力將閥座推向球體，從而達到密封。這兩種閥座有很好的雙向密封能力和良好的彈性補償能力，但對于螺旋彈簧組閥座來(lái)說(shuō)，每一支彈簧的剛度很難做到一致，以致閥座受力不均，影響閥門(mén)的密封性能。相比之下，碟形彈簧的結構簡(jiǎn)單、緊湊、加工方便，且受力均勻。因此應用相當廣泛。
(3)旋轉閥座
球閥在打開(kāi)瞬間或關(guān)閉終了前，球體與閥座之間形成月牙形的狹窄通道，于是天然氣被節流而呈高速喘流湍流狀態(tài)，經(jīng)常導致閥座被沖蝕而發(fā)生內漏。旋轉閥座的主要特點(diǎn)是閥門(mén)在啟閉過(guò)程中，閥座可沿通道的軸線(xiàn)作旋轉運動(dòng)，通過(guò)開(kāi)關(guān)閥門(mén)使閥座旋轉，可使閥座沿圓周方向均勻磨損，改善工作狀況，延長(cháng)使用壽命。
二、天然氣管道常用球閥驅動(dòng)裝置
驅動(dòng)裝置據動(dòng)力源的類(lèi)別可分為：手動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)驅動(dòng)裝置等4種形式。天然氣站場(chǎng)應用最多的是電動(dòng)執行機構，目前國內常用且性能優(yōu)良的電動(dòng)執行器有ROTORK執行器和BIFFE執行器。電動(dòng)球閥有啟動(dòng)轉矩大、啟動(dòng)迅速，對大口徑閥門(mén)這一特點(diǎn)尤為突出。電動(dòng)球閥適合于遠程控制，電動(dòng)球閥在現場(chǎng)能夠以電動(dòng)和手動(dòng)兩種方式進(jìn)行開(kāi)、關(guān)操作。
氣液聯(lián)動(dòng)裝置應用日益增多，目前常用的有旋轉葉片式和撥叉式氣液聯(lián)動(dòng)裝置。旋轉葉片式氣液聯(lián)動(dòng)執行機構是利用管道內的高壓氣體通過(guò)液壓油推動(dòng)密閉油缸內的旋轉葉片直接帶動(dòng)閥門(mén)軸桿轉，結構簡(jiǎn)單輕巧。撥叉式氣液聯(lián)動(dòng)執行機構是利用管道內的高壓氣體通過(guò)液壓油推動(dòng)活塞往復運動(dòng)再通過(guò)撥叉轉換成閥門(mén)旋轉運動(dòng)，結構較復雜，外形尺寸較大。
三、管道球閥的維護和管理技術(shù)
1．施工期的維護和管理
在施工期對球閥進(jìn)行科學(xué)的管理和維護，是非常重要的，在施工期對設備管理到位，維護科學(xué)，不但可以保證安全，而且可以大大降低施工和運行管理期的費用。主要應注意以下方面：① 要采用正確的方法裝卸閥門(mén)，避免閥門(mén)受到機械損傷。吊裝閥門(mén)時(shí)，吊裝帶不能拴在閥桿或執行器上進(jìn)行吊裝，否則將造成閥桿彎曲、閥徑密封失效以及齒輪箱遭到破壞；② 在出廠(chǎng)前，要在閥門(mén)兩端加裝簡(jiǎn)易盲板，避免在運輸的過(guò)程中和工地上有水、砂子等雜質(zhì)進(jìn)入閥腔，對密封造成腐蝕和損傷；③ 在施工現場(chǎng)，閥門(mén)最好整齊的擺放在枕木上，不要隨地擺放，避免排污嘴、注脂嘴等被損壞或折斷；④ 在安裝前，必須對閥門(mén)進(jìn)行注潤滑脂。通過(guò)注潤滑脂一方面檢查注脂通道是否暢通，另一方面要將閥座密封面和后腔注滿(mǎn)，避免雜質(zhì)進(jìn)入密封面和后腔，同時(shí)在一定程度上可減弱焊接高溫對閥座的損傷；⑤ 在安裝的整個(gè)過(guò)程要保持閥門(mén)在全開(kāi)位；⑥ 當焊接完畢和做完水壓實(shí)驗以及每次操作前后，要及時(shí)的補入一定量的潤滑脂；⑦ 做完水壓實(shí)驗后，要將閥腔里的水及時(shí)排干凈，防止銹蝕和結冰。
2．運行過(guò)程中日常的維護和保養建議
① 周期性的檢查閥門(mén)的密封性，通過(guò)排污嘴來(lái)檢查，如果有內漏，按內漏處理程序進(jìn)行處理；② 適時(shí)地向閥座注入一定量的新鮮潤滑脂，注入的量和頻率依照閥門(mén)活動(dòng)頻繁程度而定，一般當閥門(mén)活動(dòng)一次后，要適量注入潤滑脂，每次注入量大概為密封系統容積的1/8，這樣做的目的是最大程度的避免管道內的雜質(zhì)進(jìn)入閥座后腔，影響閥座運動(dòng)，從而導致密封失效，同時(shí)保證密封面時(shí)刻處于“濕潤”狀態(tài)；③ 對很少活動(dòng)的閥門(mén)，每年最少活動(dòng)1次，同時(shí)注入適量的潤滑脂，這樣做可以避免球體和閥座膠合，同時(shí)也可以避免球體活動(dòng)時(shí)地干磨，保護閥座和球體；④ 入冬前對球閥進(jìn)行全面維護和保養，重點(diǎn)要排掉閥腔內和執行機構內的水，避免冬天凍結，影響正常功能；⑤ 每年更換1次齒輪傳動(dòng)機構內的潤滑脂；⑥ 定期檢查閥徑密封，一旦出現外漏，要及時(shí)處理；⑦ 清除銹蝕，對外部進(jìn)行維護。
四、常見(jiàn)故障及排除方法
1．球閥內漏
球閥內漏是天然氣管道球閥最常見(jiàn)的問(wèn)題。
(1)球閥內漏的原因
1)施工期造成閥門(mén)內漏的原因：① 運輸和吊裝不當引起閥門(mén)的整體損傷從而造成閥門(mén)內漏；② 出廠(chǎng)時(shí)，打完水壓沒(méi)有對閥門(mén)進(jìn)行干燥處理和防腐處理，造成密封面銹蝕形成內漏；③施工現場(chǎng)保護不到位，閥門(mén)兩端沒(méi)有加裝盲板，雨水、砂子等雜質(zhì)進(jìn)入閥座，造成泄漏；④ 安裝時(shí)，沒(méi)有對閥座注入潤滑脂，造成雜質(zhì)進(jìn)入閥座后部，或焊接時(shí)燒傷引起內漏；⑤閥沒(méi)有在全開(kāi)位進(jìn)行安裝，造成球體損傷，在焊接時(shí)，如果閥不在全開(kāi)位，焊接飛濺物將造成球體損傷，當附有焊接飛濺物的球體在開(kāi)關(guān)時(shí)進(jìn)一步將造成閥座損傷，從而導致內漏；⑥焊渣等施工遺留物造成密封面劃傷；⑦ 出廠(chǎng)或安裝時(shí)限位不準確造成泄漏，如果閥桿驅動(dòng)套或其他附件與之裝配角度錯位，閥門(mén)將泄漏。
2)運行期造成閥門(mén)內漏的原因：① 最常見(jiàn)的原因是運營(yíng)管理者考慮到較為昂貴的維護費用對閥門(mén)不進(jìn)行維護，或缺乏科學(xué)的閥門(mén)管理和維護辦法對閥門(mén)不進(jìn)行預防性維護，造成設備提前出現故障；② 操作不當或沒(méi)有按照維護程序進(jìn)行維護造成內漏；③ 在正常操作時(shí)，施工遺留物劃傷密封面，造成內漏；④ 清管不當造成密封面損傷造成內漏；⑤ 長(cháng)期不保養或不活動(dòng)閥門(mén)，造成閥座和球體抱死，在開(kāi)關(guān)閥門(mén)時(shí)造成密封損傷形成內漏；⑥ 閥門(mén)開(kāi)關(guān)不到位造成內漏，任何球閥無(wú)論開(kāi)、關(guān)位，一般傾斜2°～3°就可能引起泄漏[2]；⑦ 許多大口徑球閥大都有閥桿止動(dòng)塊，如果使用時(shí)間長(cháng)，由于銹蝕等原因在閥桿和閥桿止動(dòng)塊間將會(huì )堆積鐵銹、灰塵、油漆等雜物，這些雜物將造成閥門(mén)無(wú)法旋轉到位而引起泄漏—— 如果閥門(mén)是埋地的，加長(cháng)閥桿會(huì )產(chǎn)生并落下更多的銹蝕和雜質(zhì)妨礙閥球旋轉到位，引起閥門(mén)泄漏，⑧ 一般的執行機構也有限位，如果長(cháng)期造成銹蝕，潤滑脂硬化或限位螺栓松動(dòng)將使限位不準確，造成內漏；⑨ 電動(dòng)執行機構的閥位設定靠前，沒(méi)有關(guān)到位造成內漏；⑩缺乏周期性的維護和保養，造成密封脂變干、變硬，變干的密封脂堆積在彈性閥座后，阻礙閥座運動(dòng)，造成密封失效。
(2)內漏的判斷方法
天然氣管線(xiàn)上常用的是固定軸球閥，其一般的檢查方法是：將閥門(mén)轉動(dòng)到全開(kāi)或全關(guān)位，通過(guò)閥體排污嘴的排放檢查是否有泄露。如果可以排干凈，則證明密封良好。如果始終有壓力排出，則可以認為閥門(mén)泄漏了，這時(shí)要對閥門(mén)進(jìn)行相應的處理。但要特別強調的是對于GRoVE B-5和B-7A型球閥、PBV球閥、ROBERT CORT球閥只能在全關(guān)位進(jìn)行檢查，因為這類(lèi)球閥在閥體上開(kāi)了一個(gè)通道，當全開(kāi)位時(shí)，用以平衡管線(xiàn)和閥腔的壓力。但當全關(guān)位時(shí)，不會(huì )出現這種情況。
(3)內漏的處理程序
① 首先檢查閥門(mén)的限位，看是否通過(guò)調整限位能解決閥門(mén)的內漏。② 先注入一定量的潤滑脂看是否能止漏，這時(shí)注入速度一定要慢，同時(shí)觀(guān)察注脂槍出口壓力表指針的變化來(lái)確定閥門(mén)的內漏情況。③ 如果不能止漏，有可能是早期注入的密封脂變硬或密封面損壞造成內漏。建議這時(shí)注入閥門(mén)清洗液，對閥門(mén)的密封面以及閥座進(jìn)行清洗。一般最少浸泡半小時(shí)，如果有必要可以浸泡幾小時(shí)甚至幾天，待固化物全部溶解后再做下一步處理。在這一過(guò)程中最好能開(kāi)關(guān)活動(dòng)閥門(mén)幾次。④ 重新注入潤滑脂，間斷的開(kāi)、關(guān)閥門(mén)，將雜質(zhì)排出閥座后腔和密封面。⑤在全關(guān)位進(jìn)行檢查，如果仍有泄漏，應注入加強級密封脂，同時(shí)打開(kāi)閥腔進(jìn)行放空，這樣可以產(chǎn)生大的壓差，有助于密封，一般情況下，通過(guò)注入加強級密封脂內漏可以消除。⑥ 如果仍然有內漏，就要對閥門(mén)進(jìn)行維修或更換。
2．閥桿泄漏
大多數球閥的閥桿上設有上、下兩道密封，在一般情況下，可以不做任何維護，但由于長(cháng)時(shí)間磨損或老化，在閥桿處有可能造成泄漏。對于有注人口的閥桿，可以通過(guò)注入密封脂來(lái)達到臨時(shí)止漏的目的。加注密封脂應該緩慢，最好用手動(dòng)注脂槍。當泄漏停止時(shí)，就應停止加注，加注量過(guò)多會(huì )引起閥桿轉動(dòng)困難。當然，有的閥桿處根據結構可以通過(guò)注入密封填料或壓緊填料壓蓋來(lái)達到密封。
3．球閥操作異常
1)球閥長(cháng)時(shí)間不進(jìn)行保養和活動(dòng)，閥座會(huì )可能與球抱死，這種情況操作閥門(mén)比較費力甚至操作不動(dòng)，這時(shí)最好注入一定量的清洗液浸泡一段時(shí)間然后進(jìn)行操作。
2)管線(xiàn)里的垃圾、沙子、灰塵或老化、硬化密封脂堆積在閥座環(huán)周?chē)⑶矣绊戦y座動(dòng)作，造成閥座環(huán)卡死，引起閥座與球間的泄漏。通常向閥門(mén)注入清洗液來(lái)除去雜質(zhì)。
3)當天然氣中含水量較高時(shí)，在運輸的過(guò)程隨著(zhù)環(huán)境的變化，會(huì )出現凝析水。閥門(mén)中的水會(huì )存在閥門(mén)的最低點(diǎn)，這通常會(huì )是下樞軸或球閥閥體下部，在溫度較低寒冷情況下結冰，造成閥門(mén)開(kāi)、關(guān)不動(dòng)。
4)在處理閥桿泄漏時(shí)，壓緊螺絲上的太緊造成開(kāi)關(guān)困難，壓緊螺絲不應過(guò)松或過(guò)緊。
5)對于通過(guò)渦輪、蝸桿嚙合傳動(dòng)來(lái)操作的球閥還可能有以下原因：① 輪齒磨損嚴重或折斷，造成無(wú)法正常嚙合；② 蝸桿上的安全銷(xiāo)折斷；③ 蝸桿或蝸輪上的軸承損壞；④ 渦輪、蝸桿的潤滑不好，用于這些地方的潤滑脂通常為石油基的，會(huì )被水污染，在寒冷天氣，這些水可結冰，使閥門(mén)無(wú)法操作。如果出現這種情況，拆開(kāi)齒輪箱去除所有的冰、水和受污染的潤滑脂，并重新涂上新的潤滑脂——如果特別寒冷，最好使用低溫潤滑脂，如乙醇基的潤滑脂；⑤ 齒輪箱和閥體相連的螺栓有松動(dòng)或被剪斷；⑥ 電動(dòng)頭故障，沒(méi)有電源、接線(xiàn)或設置錯誤等。
6)對于氣液聯(lián)動(dòng)的球閥還可能有以下原因：① 氣路、油路可能堵塞或管路限速閥處于關(guān)閉狀態(tài)；② 氣源壓力不足；③ 液壓缸或旋部件密封故障；④ 壓差等原因造成扭矩過(guò)大。
五、結束語(yǔ)
為提高閥門(mén)的可靠度、延長(cháng)閥門(mén)使用壽命，做好早期的尤其是施工期和投產(chǎn)期的維護和監管工作非常重要。為此建議：① 加強設備出廠(chǎng)前維護的監督工作以及運輸過(guò)程中的監管工作；② 加強設備現場(chǎng)安裝前的維護、保養以及安裝過(guò)程的監理工作；③ 安裝前，一定要進(jìn)行水壓實(shí)驗，及早發(fā)現問(wèn)題，及早處理；④改變觀(guān)念，進(jìn)行預防性維護管理，制定周期性維護計劃并嚴格實(shí)施；⑤ 加強專(zhuān)業(yè)培訓，提高專(zhuān)業(yè)維護人員素質(zhì)，做到維護保養科學(xué)、規范和安全；⑥ 建立和完善設備出廠(chǎng)、運輸、安裝、 試驗、使用的維護、保養臺帳，為以后的管理工作做好原始資料的記錄和積累；⑦ 進(jìn)行不斷摸索，建立相關(guān)的、科學(xué)的維護程序和檢驗標準。
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