聚合釜三通球阀的改造 -行业资讯

前言
本文简单介绍了三通球阀的工作原理及应用。通过将阀芯结构由浮动式更改为固定式、阀座由双阀座更改为四阀座，解决了聚合釜三通球阀在实际生产中出现卡塞、泄漏等问题，取得了良好效果。陕西北元化工集团有限公司化工二分公司（以下简称陕西北元二分公司）100万t/aPVC项目采用日本智索108m3聚合釜全套聚合技术。因PVC生产工艺复杂，控制精度高，自动化程度要求严格，为了降低安装成本，减少安装空间，便于过程控制，采用气动三通球阀就显得尤为重要。陕西北元二分公司PVC项目中现使用气动三通球阀共计130台，根据工艺要求有T型和L型两种。在系统投运后，气动三通球阀的使用效果一直未达到设计要求，尤其是L型阀，在生产过程中不同程度地出现了卡塞，无法动作，出现严重内漏、外漏等现象，不能满足生产要求，且严重影响企业的安全生产、产品质量及负荷提升。通过对气动三通球阀故障的总结分析，进行了近1年的试验性改造，由最初的更换阀座、重新压填料仍不能解决问题，到最终确定出了**的解决方案，即将阀门的阀芯结构由浮动式更改为固定式、双阀座更改为四阀座，效果明显，不仅生产系统稳定，实现了连续化生产，而且也节约了成本，提升了效益。
1.气动三通球阀简介
1.1 气动三通球阀的工作原理
气动三通球阀是一种三通道的回转型球阀，是由气动执行器带动球体经90°旋转动作来达到换向的控制目的，或经180°旋转动作来达到换向与分流、合流的控制目的。
1.2 气动三通球阀分类
气动三通球阀用于介质分流、合流及流向切换，任何一个管道都可以作为入口或出口。气动三通球阀分L型和T型，可以满足不同的生产工艺要求，介质流通方向见图1、图2。L型气动三通球阀适用于介质流向的切换，能使相互垂直的2个通道连通。T型气动三通球阀适用于介质的分流、合流或流向切换，T型孔道可以使3个通道互相连通或使其中2个通道连通。
气动三通球阀一般采用双阀座结构，亦可根据用户要求采用四阀座结构。

图1 三通球阀L型流向图

图2 三通球阀T型流向图
1.3 气动三通球阀的控制
气动三通球阀与电气阀门定位器配套，输入DC4～20mA信号及0.4～0.7MPa气源即可控制运转，实现对压力、流量、温度、液位等参数的调节；亦配行程限位开关、电磁阀、减压阀，可实现开关操作，并送出两对无源触点信号指示阀门的开关。
1.4 气动三通球阀的应用领域
气动三通球阀广泛应用于化工、石油、轻纺、电力、食品制药、制冷、航空航天、造纸等工业领域。
1.5 气动三通球阀的特点
（1）流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等。
（2）结构简单、体积小、质量轻。
（3）紧密可靠，目前球阀的密封面广泛使用塑料材料，密封性好，在真空系统中也已广泛使用。
（4）操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90°，便于远距离的控制。
（5）维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸、更换都比较方便。
（6）在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会侵蚀气动三通球阀密封面。
（7）适用范围广，通径从几毫米到几米，从高真空至高压力都可应用。
2.聚合工段气动三通球阀故障分析及解决方案
2.1 故障分析
三通阀的选型对工艺过程控制具有举足轻重的作用，陕西北元二分公司在聚合工段三通阀的选用过程中，因为阀门的选型、结构、构造、材质等不合理使得阀门出现了严重问题：换向时，阀门卡塞，甚至无法运动；严重内漏，不能满足工艺生产要求；外漏严重，主要体现在阀杆与填料之间、阀体压盖密封处泄漏；阀门在动作过程中因阀芯移位造成阀体抱死，阻力增大，导致转动的连接部件和执行机构多次损坏和断裂，而且阀芯因与阀座之间接触面间隙变小，使阀芯的涂层被破坏、阀座变形、球面光滑度和密封等级都下降，严重时阀芯主体会扭曲变形。
通过分析阀门故障问题，认为造成阀门故障的主要原因是原来flowserve三通球阀为浮动式，其球体是由阀座进行定位的，阀座承受了整个阀芯的质量，阀座受力不均匀，在阀门换向过程中，阀门中腔会进入介质物质，并在压力的作用下，使用一定时间后，球体会偏移其实际要求的中心位置，当偏移量达到一定值时，阀门就开始内漏，并且力矩会随偏移量的逐步增加而增大，造成阀门开关不到位，阀芯与阀座的受力失去平衡，涂层在受力较大的地方脱落，也增加阀门的内漏；由于球体的偏移随换向而变化，在长期不平衡压力下，阀芯与2个阀座的间距不断加大，造成填料的泄漏；力矩的不断加大造成阀杆、连接轴套变形或执行机构拉损；阀座选用PTFE材质的软密封阀门，其介质为130～140℃热水，PTFE这种材质在理论上可以耐180℃，但是在实际使用过程中，当达到一定温度时，其物理特性就会发生变化，硬度降低，当阀门在动作过程中就会黏连在球面上，损坏阀座，从而导致阀门出现内漏现象。
2.2 解决方案
为解决上述flowserve三通球阀存在的问题，陕西北元二分公司要求设计为固定式四阀座硬密封三通球阀，首先使阀门在换向时球体始终处于与阀杆同轴的固定位置，其主体结构如下。
（1）固定式阀芯的设计。
在阀芯下方加一个固定轴，与阀芯相连接，通过此轴和上阀杆将阀门固定下来，见图3～图5。

图3 固定式阀芯结构图

图4 上阀杆防尘结构示意图

图5 下阀杆防尘结构示意图
（2）四阀座结构设计。
独特的阀座设计和结构见图6～图7，分为2个主阀座、2个副阀座。
从图6、图7可以看出：三通球阀的2个阀座设计原理是不同的：①2个主阀座各采用4片碟型弹簧，并叠加，其提供给阀座与球体的预压紧力较大，也就是阀座对于球体的压力较大，有利于阀门的密封；另外，根据其运动和换向的特点，2个主阀座起关键密封作用，故采用下游式阀座密封，工作时不接触介质的阀座密封。②2个副阀座对球体的预压紧力相对于2个主阀座要小，其主要是对球体起平衡作用，使球体在压力作用下开关较平稳、受力更均匀。③4个阀座均设计了独特的刮刀结构，较容易去除球体表面的物料，让球体表面均处于“干净”的状态，使阀门密封可靠，动作灵活，保持阻力均匀，球面不容易损伤。

图6 四阀座之主阀座结构示意图

图7 四阀座之副阀座结构示意图
阀体与执行机构连接部件采用了增大阀杆强度的设计理念，防止阀门在卡料时因扭矩增大而损坏。阀门设计时所设计的阀杆理论上可传递近20000N•m的力矩，而阀门实际需要的正常力矩在3000N•m左右，阀杆能传递的力矩是阀门工作时的6倍左右；使用的驱动气缸能输出的力矩在7000～11000N•m，是阀门工作时的2～3倍；其余传动力矩的零件均满足阀杆和气缸的需要，且在遇到异常情况时，阀门也能按程序的要求正常开启，避免了阀门在异常情况下卡死或者是无法动作的现象，较大程度地减少了阀门的拆解维修次数。
阀座与球面采用可调预紧力工艺结构，选用好的弹簧材料，且为多组的形式结构；阀座从流道装入，并用螺塞的方式压紧，其压力大小是可控的，阀门的开关力矩是可控制的，阀门的预紧力是可调的，在阀门泄漏等级符合Ⅵ级的情况下，阀体与球面之间的力矩是可调的，并且这种结构阀门使用一段时间，因摩擦导致内漏时，不需要更换阀座，只需要对阀座压盖进行紧固即可解决问题，不仅节约了成本，也保证了阀门的控制精度。
在阀门材质选用上，阀门各组件的材质完全能够满足工艺介质的要求。三通球阀阀体材料按要求为CF8（304）；球体和阀座基体材料用316，密封面材料用Co基合金的不同配方，球体密封面硬度为HRC63－65，阀座密封面硬度为HRC55－58；上下阀杆用316材料，其传动部位嵌耐磨轴套，使阀门转动受力轴套具有承受压力和耐磨的能力；螺塞和衬套因长期与介质接触，故采用316材料，以提高材质的耐磨损能力。同时要求厂家必须严格控制并保证球体与阀座的研磨精度，确保阀门及其各组件的装配精度，使阀门的密封等级达到Ⅵ级要求。
通过上述技术改造，三球阀阀门的运行情况得到了保障，现在投用的9台三通阀都能满足生产需求，对提升产量和稳定生产起到至关重要的作用。
3.结语
通过对聚合工段所使用阀门故障的分析，由最初的阀座更换、重新压填料，到后来的阀门更换（由浮动式更改为固定式，双阀座更改为四阀座），一年来，陕西北元二分公司生产系统运行稳定，经过改造后的阀门再未出现过之前的频繁检修问题，不仅减少了维护人员的劳动强度，而且稳定了生产，带来了可观的经济效益。
文章链接：http://www.klevalve.com/jsxw/1207.htm

资讯来源：无锡科莱恩流体控制设备有限公司