石化企业阀门泄漏的原因分析及对策

1 前言

　　阀门是石油化工炼油装置中不可缺少的部分，其使用的阀门种类多、数量大，化工生产中的介质多是腐蚀性强、有毒或易燃易爆的，当阀门泄漏时，不仅会造成严重的原材料、能量和产品的浪费，而且对环境也造成严重的影响，甚至引起严重的安全事故。因此，我们有必要也应当重视石油化工生产过程中阀门的泄漏问题。下面就石油化工装置中引起阀门泄漏的原因以及防止和消除泄漏的对策、方法做重点探讨。

2 阀门泄漏的原因分析

2.1 阀门的分类

　　阀门是石油化工生产装置中必不可少的控制设备。阀门的种类繁多，随着各类成套设备工艺流程的不断改进，阀门的种类还在不断增加。根据其用途的不同可以分为以下几类：

　　（1）用于切断或接通管路中的介质的闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀和蝶阀等；

　　（2）用于调节管路中介质压力和流量的调节阀（有气动和电动两种类型）、减压阀、节流阀、蝶阀、平衡阀等；

　　（3）用于防止介质倒流、保证介质单向流动的止回阀；

　　（4）用于超温、超压安全保护，排放多余介质，防止温度、压力超过规定数值，从而保证设备和管路系统安全运行的安全阀、溢流阀等；

　　（5）用于改变管路中介质流动的方向，起分流介质作用的分配阀、三通或四通旋塞阀、三通或四通球阀等；

　　（6）用于介质的取样分析的取样阀；

　　（7）其他特殊用途的疏水阀、排污阀、放空阀、排渣阀等。

2.2 阀门泄漏的原因分析[1]

　　阀门泄漏分为两种，即外部泄漏和内部泄漏。在大多数情况下，外部泄漏所造成的后果，往往比内部泄漏更加严重。在工业生产中，阀门的外漏不但造成原材料及能源的浪费，还会直接污染环境，甚至引起火灾、爆炸、中毒等危害生命安全的重大事故，给国民经济造成严重损失。

　　（1）阀门外漏的原因分析

　　外漏常见于阀体、阀杆、填料函与阀体的连接部位。

　　1）阀体泄漏的原因阀体通常是铸造的，容易形成砂眼等铸造缺陷，阀体上的砂眼会导致介质的泄漏，这种泄漏一般都表现为渗漏，流量较小，通过水压试验就能被发现。

　　2）阀杆泄漏的原因阀门的阀杆由于设计和选材不当会引起阀杆在某个位置被卡死，使阀门无法关闭或关闭不严，造成介质泄漏。此种泄漏往往流量较大，对生产装置和周围的环境容易造成严重的危害。

　　3）填料函泄漏的原因填料函由填料箱、填料、填料垫以及填料压紧机构等组成。填料箱置于阀体或阀盖上，起容纳填料的作用。填料垫置于填料箱底部，起支撑填料的作用。填料分软质密封填料和成型填料两种。成型填料以弹性材质为原料，采用模压成型或车削加工制成各种环形密封圈，相比之下，成型填料结构紧凑，密封性能好，适用性更强。介质在密封填料处泄漏，原因为填料压盖松动、密封填料不严密、填料品种或质量不符合要求、填料老化或被阀杆磨损。

　　4）阀体连接处泄漏的原因阀体连接部位的密封系指阀体与阀盖之间的密封。一般情况下为法兰连接密封，当阀门公称直径较小时为螺纹连接密封。垫片的类型、材质或尺寸不符合要求、法兰密封面加工质量差、连接螺栓紧固不当、因管道配置不合理而在连接处产生过大附加载荷等原因，都能引起阀体连接部位泄漏。

　　（2）阀门内漏的原因分析

　　阀门关闭不严形成的泄漏为内漏，常发生在阀座密封面。分析其原因：

　　1）阀门的设计和制造工艺存在问题，造成阀门密封不严而导致介质的泄漏，多为渗漏或小流量连续排放。

　　2）阀板或密封面变形造成密封不严，从而引起介质的泄漏，一般成渗漏或小流量连续排放。

　　3）在阀门的制造、运输、检验、安装和使用等过程中，损伤了阀门的密封面，使密封不严，导致阀门泄漏。这种泄漏也表现为小流量的渗漏。

　　4）介质内含有固体杂质造成阀门关闭不严，从而引起介质泄漏。这种泄漏可能是小流量的渗漏也可能流量较大。

2.3 阀门泄漏造成的损失

　　由以上情况引起的泄漏，所造成的经济损失和对环境的污染程度又因介质的特性的不同而有所不同。如果是气体介质，则很容易在空气中扩散传播，其污染半径就会较大。液体介质则会通过对地面的渗透产生污染，也可能通过明沟或暗沟流人排洪渠，污染江河湖泊及其他环境。1984年12月3日凌晨，印度博帕尔农药厂一个装有45t液态剧毒筒氛酸甲醋的储罐中的剧毒药液冲破阀门泄漏出来，倾刻间化为浓重的烟雾飘散在人口稠密的博帕尔市区，在短短几天里，毒气就夺走了2800人的生命，使52万多人受到不同程度的毒害，其中有10万多人终生残废。前苏联的切尔诺贝利核电站因为一个阀门的问题而酿成空前的灾难，不仅造成了重大的人员伤亡，所造成的直接和间接的经济损失及环境破坏也难以估量。统计数据表明，工业装置中约20%的阀门存在泄漏问题，所造成的直接经济损失约占总损失的5%0在石化行业中，以一套5000kt/a规模的常减压装置为例，一般情况下有5000个左右的阀门，由其中20%的阀门泄漏所造成的经济损失和对环境造成的污染的确不可小觑，如果从整个石化行业来看，情况就更严重了。

3 对策

3.1 优化设计选型[2，3]

　　能否将阀门泄漏的程度降到最低、使用寿命达到最长，取决于阀门设计选型是否合理、密封形式的选用、阀门的产品质量、安装施工及生产操作是否合乎规范等，而且很大程度上是取决于阀门设计选型的优化。

　　阀门设计选型的优化，牵涉到阀门形式的选择、阀门本身的设计及制造、阀门材料的选用等多方面的问题。选择阀门形式时，要从工艺条件的要求和设计规范的要求等角度进行全面优化考虑。阀门的用途、介质的温度、压力、流速、压降以及介质的腐蚀性等，都直接影响到阀门的选型，还要根据介质的温度和腐蚀性，选择制造阀门所使用的材料。根据施工和实际操作经验，阀门的选用除了满足有关工艺要求、设计规范外，还应充分考虑各种具体情况，使其尽可能与操作条件相匹配，最大限度地满足使用要求。

　　对于液体、气体或两相流体，使用闸阀或截止阀与使用球阀相比，其效果会有明显的不同。球阀的气密性优于闸阀和截止阀，开启和关闭的速度也要迅速得多，但使用温度范围却大大小于闸阀和截止阀。一般情况下，大多数球阀都不能在高温下使用。而闸阀和截止阀在高温情况下的性能比较稳定。球阀的压力损失比闸阀和截止阀要小，相比之下截止阀的压力损失比闸阀的压力损失要大一些，这是由阀门内在的构造形式所决定的。对于不同的物料流速及调节流量的效果，使用不同类型的阀门其效果也会大不一样。高速流的情况下一般不宜使用截止阀，因为在高速流的情况下截止阀的压力损失最大，但截止阀对流量的调节作用却比闸阀和球阀要好得多。在选择阀门类型时，还要根据介质的温度和腐蚀性考虑制造阀门所使用的材料。阀门所使用的材料必须满足阀门工作点的工艺条件的要求。根据工作点的工艺要求，合理地选用阀芯和阀体的材料，可以延长阀门的使用寿命而不必大幅度增加费用。单纯地追求高等级的材质只会造成材料的无谓浪费。

3.2 填料函泄漏对策

　　由于阀门填料函密封的泄漏，以及阀体连接部位密封的泄漏，是造成阀门外漏的关键所在，所以需要特别重视。

　　传统的软质填料密封，是靠填料压盖的轴向压力，使之在阀杆与填料以及填料与填料箱侧壁之间，产生一定的径向接触应力而达到密封的。因此，压盖的轴向力必须相当大，这就造成填料与阀杆之间摩擦转矩增大、磨损增加、软质密封填料磨损快，因而须经常拧紧压盖螺栓或更换填料，才能保证较好的密封效果。

　　采用合适的填料密封及填料密封组合，可提高阀门使用的可靠性，延长使用寿命。如柔性石墨环填料的组合使用，比只用柔性石墨环填料的密封效果好。目前在国内采用单一柔性石墨环填料的情况比较多；而在国外，采用柔性石墨环填料组合的使用方法已开始流行，并且取得了良好的效果。

3.3 消除阀体连接部位的泄漏

　　阀体连接部位密封，就其密封性质而言属于静密封，其应满足下列要求：

　　（1）能适应温度和压力的急剧变化；

　　（2）多次拆卸而不损坏密封元件；

　　（3）结构简单、紧凑，金属消耗量少；

　　（4）对振动和冲击载荷不敏感；

　　（5）能满足各种工作介质的使用要求。

　　阀体的连接部位，通常采用桦槽式或凹凸式平垫片密封，近年来，“O”形密封圈密封，也获得了广泛的应用。

　　禅槽式平垫片密封，是将平垫片安装在封闭槽中，这种结构在密封面上，可产生很高的密封比压，通常远远超过垫片材料的屈服极限，从而保证了可靠的密封性。其适用于压力大于等于4.OMPa的中高压阀门。这种密封结构的缺点是：当拆卸阀门时，垫片难于从密封槽中取出，如果硬性取出，往往会将垫片损坏。

　　凹凸式平垫片密封，是将平垫片安装在凹凸面法兰的密封面上，与樟槽式平垫片密封结构相比，具有以下优点：

　　（1）拆卸阀门时，垫片容易取出；

　　（2）由于密封槽呈阶梯状，因此加工工艺性能较好。

　　平垫片的材料，根据工艺参数和流体性质，可选用铝、紫铜、1Cr18Ni9Ti和橡胶石棉板等。氟塑料也是常用的垫片密封材料，但由于其具有冷流性，如果密封结构设计不当，将导致不良后果。

　　“O”形密封圈，其结构简单，制造方便，只要密封结构设计合理，装配后就能产生足够的径向挤压变形，可不必轴向加载即可达到密封，因此，将其用作法兰连接密封，可以减小法兰的结构尺寸，从而减轻阀门的重量。

　　对于低压小通径阀门，为减小阀体结构尺寸和重量，阀体一般采用内螺纹连接，而连接处的密封元件也可采用平垫片或“O”形密封圈。

3.4 阀杆泄漏对策

　　阀杆是阀门中重要的受力零部件，阀杆材料必须具有足够的强度和韧性，能耐介质、大气及填料的腐蚀，耐擦伤，工艺性能好。为了提高阀杆表面耐腐蚀、耐磨损的性能，一般应对其表面进行强化处理。目前，制造阀杆的材料，国内大部分使用马氏体不锈钢，但这种不锈钢耐缝隙腐蚀能力较弱，这是由于酸性物质的作用，使阀杆表面的钝化膜破坏而产生的局部腐蚀，因此最好采用奥氏体-铁素体双相不锈钢，可以增强阀杆耐缝隙腐蚀的能力，从而使阀杆处的泄漏得到有效的控制。

4 结束语

　　综上所述，在石化工业生产中阀门的泄漏是不容忽视的问题，它对生产的经济性、安全性以及对环境都会带来重大的影响。消除阀门泄漏的关键在于优化阀门结构的设计，根据不同的工艺条件合理选择阀门的材料，提高阀门在生产过程中的质量控制水平，以及根据工艺操作系统优化阀门的选型。随着科学技术的进步，特别是新材料的出现，一些新结构的阀门已投入使用，它们性能好、寿命长，可满足生产发展的需要。

参考文献：

[1]王训拒.阀门使用维修手册[S].北京：中国石化出版社，1999 2

[2]张德姜.石油化工装置工艺管道安装设计手册第二篇[S].北京：中国石化出版社，1998 3

[3]陆培文.阀门选用手册[S].北京：机械工业出版社，2001