淺論閘閥的安全運行

1．前言

閘閥以其耐壓、耐溫(高低溫)、耐腐蝕(多種材料配置)、具備雙向密封功能、耐磨損、長壽命等獨特優(yōu)勢越來越廣泛地應用于各類工業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)介質(zhì)的開啟與關(guān)閉，為系統(tǒng)的穩(wěn)定與控制發(fā)揮了巨大的作用。歷經(jīng)漫長的發(fā)展，現(xiàn)已形成Z40、Z41、Z42、Z44(主要以明桿式閘閥的閘板形式分類)等五種常見結(jié)構(gòu)形式。綜合比較如表1。

上表相對地比較了國產(chǎn)常見標準產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點及適用范圍，用戶選型時應以工況要求為原則，參考選擇合適型號。如能正確地選型，許多事故完全可在選型時避免。(須說明的是，近年各類新結(jié)構(gòu)層出不窮，新結(jié)構(gòu)設計未列入比較)除了選型錯誤外，設計、制造、安裝、調(diào)試、維護等多個環(huán)節(jié)均須認真把握，才能避免或杜絕事故的發(fā)生。下面結(jié)合筆者多年協(xié)助事故處理經(jīng)歷，對各類常見事故進行分析點評。

2．常見事故形式及分析

2．1 閥桿斷裂

閥桿為重要驅(qū)動件，其重要作用不言而喻，閥桿斷裂一般發(fā)生在上下螺紋根部，此處截面積最小，易出現(xiàn)應力集中及超標現(xiàn)象。尤其當工作條件較大地偏離設計時，拉斷幾乎無法避免。蘇州一電廠曾多次發(fā)生DNl75電動閘閥閥桿開啟后梯型螺紋退刀槽處拉斷的事故，調(diào)查發(fā)現(xiàn)閥蓋預緊螺母松動，閥蓋上移，閥桿螺母咬死，顯然這是電裝行程調(diào)試過位，保護力矩過大引起的人為事故。

另一類閥桿斷裂事故則發(fā)生于開啟瞬間，表現(xiàn)為閘板尚未拉出閥座，閥桿即在上或下螺紋根部斷裂，可謂“出師未捷身先死”，其原因我們通常認定為閘板咬死，這其實只是部分原因或次要原因，一個重要原因我們常未加重視或忽視，即閥體中腔關(guān)閉后的“異常升壓”，亦即閥門關(guān)閉后封閉處于上下游兩側(cè)密封面之間的中腔流體壓力遠高于上游壓力的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象有兩種原因，其一中腔流體被上游流體加熱升溫發(fā)生膨脹導致壓力劇烈升高，其二閘板關(guān)閉瞬間流體封閉于中腔，無法外流，中腔空間被閥桿進一步擠壓，由于液體的可壓縮性十分有限，也會使壓力劇增，這一現(xiàn)象尤其易發(fā)生發(fā)電廠的Z962類主給水閘閥，其工況與此分析十分吻合。據(jù)資料報道異常升壓一般會成幾何級數(shù)增加，遠遠超過閥桿強度設計極限，拉斷閥桿也就自然而然了。顯然它的存在似炸彈般嚴重威脅著設備的安全。

2．2 殼體外漏

雖然鍛件代替鑄件用于高溫高壓正成為趨勢，但受制于工藝或成本，大規(guī)格殼體通常仍用鑄件制造，由于工藝設計，企業(yè)水平能力等多方面的限制，鑄件存在氣孔、夾渣、裂紋、縮松、疏松等大量缺陷，這些缺陷在閥門的運行中會隨時隨地暴露處理，成為威脅安全運行的隱患，某電廠2007年統(tǒng)計，閥門外漏事故中，37％為殼體鑄造缺陷引發(fā)。其余則為閥桿、中法蘭及側(cè)法蘭密封不嚴引發(fā)。

2．3 閘板卡死

閘板卡死表現(xiàn)為閘板卡住在閥體中腔導軌側(cè)甚至于與閥桿脫離，主要由設計制造不良引發(fā)，如導軌接觸寬度過短或過長，導軌粗糙均為誘發(fā)因素。

2．4 閘板楔死、T型槽斷裂或開花

閘板楔死表現(xiàn)為閘板咬死于閥座中，當閥桿硬性上提時，常常出現(xiàn)T型槽斷裂或開花(變形)，避開“異常升壓”因素，另有兩大原因值得注意，即“溫差”與“關(guān)閉力”。關(guān)于“溫差”典型的案例如閥門在冷態(tài)關(guān)閉熱態(tài)后再打開，由于閥桿受熱膨脹伸長使閘板進一步壓緊，增大閘板的關(guān)閉力矩，導致閘板楔死；相似地如熱態(tài)關(guān)閉，冷態(tài)打開時，由于兩側(cè)閥座熱變形引起檔寬變大，冷態(tài)則收縮變小，從而導致閘板楔死。上述兩種狀態(tài)如伴隨“關(guān)閉力”過大，即關(guān)得過緊，如電裝驅(qū)動調(diào)試不當或不適當?shù)厥褂迷隽C構(gòu)如F扳手、杠桿等，則發(fā)生閘板楔死的幾率大大增大。

2．5 內(nèi)漏(夾雜物、關(guān)不到位)

內(nèi)漏的原因很多，新閥門運行不久即發(fā)生內(nèi)漏又關(guān)不到位則應肯定為密封面夾雜異物，這是閘閥的大忌。新設計投運前認真檢查，仔細沖管可減輕這類事故的發(fā)生。

2．6 閥桿撞彎

閥桿撞彎多出現(xiàn)電動閥門電裝調(diào)試不當時發(fā)生，關(guān)閉力矩過大又未設行程保護或失當時極易發(fā)生，其對閥門的破壞是致命的。

2．7 閘板撞裂

閘板撞裂(或底部變形)主要出現(xiàn)在Z944／Z964平行板式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，閘板底部直接撞擊于閥體底部時發(fā)生，多由于電動閥門電裝調(diào)試不當，關(guān)閉行程未設或失當時極易發(fā)生。

2．8 密封面裂紋

密封面裂紋主要出現(xiàn)在合金鋼材料的閥門中，多由于工藝不合理導致。合理選材，合理控制焊接工藝參數(shù)可避免。

2．9 石墨類填料或密封損壞導致系統(tǒng)介質(zhì)大量外漏

石墨類填料事故一般由填料壓板的活節(jié)螺栓未及時壓緊引起，一旦發(fā)生常導致重大事故，如高溫氣體傷殘人、劇毒或易爆物質(zhì)外泄；另一個原因是閥桿表面處理或材料選擇不當被介質(zhì)腐蝕或填料不合格腐蝕閥桿表面時，閥桿上下運動會由其表面銹蝕處帶出填料微粒，反復多處即出現(xiàn)填料間隙泄漏，此時如維護不當，可很快即由小漏變大漏，高壓或高速氣體液體極易在極短時間內(nèi)將填料沖出，一絲不留，進一步高壓氣流會沖蝕殼體，形成缺口或洞口。同樣的情形，對以石墨不銹鋼絲纏繞材料作為密封的高壓自緊密封設計的閥門及以不銹鋼帶石墨纏繞墊的中法蘭密封設計閥門亦應引以為戒。再一個原因也常引起介質(zhì)的大量外漏，即填料壓蓋與閥桿間配合間隙過大，閥桿上下運動過程中，會因間隙過大反復摩擦填料帶出微末，最終使填料壓緊比壓下降，導致泄漏，高速氣流會在極短時間內(nèi)沖出全部填料，使介質(zhì)大量外漏，導致極端事故的發(fā)生。

3．分析與對策

以上淺述了幾類常見事故的表現(xiàn)形式，下面進一步從制造(供方)、安裝(安裝施工方)、維護(需方)三層面作分析，以利于防微杜漸，事前改進，杜絕事故。

3．1 設計與制造

3．1．1 設計缺陷

(1)無開度標識 國標閘閥未涉及此要求，這在許多場合不盡合理，普通閥門只能憑手感判斷開度，對電動閥更增加茫然感，接觸不少用戶頗有微詞。

(2)閥桿強度多處劇減、大幅度降低承載能力。如螺紋退刀槽根部，Z962Y閥桿下螺紋根部，這些部位當中腔異常升壓時常常最先斷裂。

(3)閥桿端部未設計限位裝置，常導致過度關(guān)閉咬死。

(4)國標閘閥標準中對中腔異常升壓現(xiàn)象未涉及，未提出設計內(nèi)旁路或外旁路的要求，導致升壓無法泄放，使用中常出現(xiàn)一系列事故。

(5)高溫楔死，Z60Y、Z61Y易發(fā)，制造誤差或關(guān)閉力矩越大、越易發(fā)生，期望新結(jié)構(gòu)能盡快取而代之；溫差較大時，建議采用平板閥門為宜。

(6)電裝選型不當，驅(qū)動力矩過大或過小。過大則增加制造成本，調(diào)試不當則易撞彎閥桿或楔死閘板；過小則開不動，關(guān)不嚴。

(7)DN350以上電動閥門閥桿直徑應適當加大，細長的閥桿調(diào)試不當時極易發(fā)生閥桿彎曲現(xiàn)象，同時加工裝配應提高支架上下同軸度。

(8)選材不當 典型的案例如采用鋁青銅制造的閥桿螺母，當電裝轉(zhuǎn)速較快或啟閉較頻繁時會很快磨光螺紋牙面，甚至一牙不剩，導致閥門無法動作。目前可替代的材料并不多，建議設計時適當增多牙數(shù)，有效潤滑，并定期維護更換。

(9)重要閥門應采用合理的填料密封組合，提供密封性能。

3．1．2 制造質(zhì)量

(1)鑄件質(zhì)量差導致外漏 限于目前的工藝水平，殼體鑄件存在砂眼、縮孔、疏松、裂紋等一系列缺陷，雖對一些部位進行無損檢測，但仍然防不勝防。建議重要的高溫高壓閥門采用鍛件制造。全鍛鋼或鍛焊結(jié)構(gòu)殼體目前正成為這類閥門的發(fā)展趨勢。

(2)材料不達標，偷工減料，以次充好。常見的現(xiàn)象時理化性能不合格、未熱處理、用低溫材料替代高溫材料、未按規(guī)定進行NDT(無損檢測)。

(3)導軌不加工致卡死，導軌是重要的部位，常不被重視，加工時應認真去除棱角，兩側(cè)保留充分的結(jié)合面，保證即使閘板極限地偏移也不會脫軌。

(4)混料、或選材不合格典型現(xiàn)象如將碳鋼材料混入合金鋼閥門中。

(5)密封面選材不當或硬度不匹配；表面粗糙度、平面度或吻合度不足，導致比壓超標，形成壓傷、擦傷破壞。

(6)閥桿表面處理不合格，導致表面銹蝕、腐蝕、鍍層早期脫落壽命短，引起外漏。

(7)配合間隙不合理 閥門重要的配合面間隙有嚴格的要求，不宜過大過小。比如自緊密封閥門的閥體與閥蓋的配合間隙、閥桿與填料壓蓋的配合間隙、填料壓蓋與閥蓋配合間隙等。

(8)位置公差不合格 如閥蓋與支架的上下同軸度控制不嚴，會發(fā)生閥桿彎曲、閥桿螺母咬死或不均勻磨損、填料外漏等事故。又如法蘭螺孔位置度誤差較大時會導致無法安裝的現(xiàn)象發(fā)生。

3．1．3做好售前服務，充分與設計方、業(yè)主溝通，了解閥門的工況參數(shù)及運行特點，協(xié)助選型，完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不斷改進，提供完善軟件資料(如安裝手冊，操作維護指導書等)，提供優(yōu)質(zhì)服務。

3．1．4反對偷工減料，以次充好。充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會作用，理順閥門行業(yè)價格，實現(xiàn)閥門市場合理競爭機制。

3．1．5建議由行業(yè)管理部門盡快建立電動閥門的設計制造、安裝調(diào)試、維護標準，指導規(guī)范企業(yè)生產(chǎn)及用戶使用。

3．2 安裝與調(diào)試

3．2．1 安裝不當

(1)無旁路對重要的高壓大口徑閥門上下游問增加旁路裝置有利于降低啟閉壓差，減輕啟閉瞬間閘板對密封面的擦傷，同時有利于減小電裝力矩，降低制造成本。由于現(xiàn)行國標未對旁路裝置明確規(guī)定，導致供需雙方的推諉與扯皮，埋下一系列事故的隱患。建議重要的高壓大口徑必須安裝。

(2)無安全閥 中腔安裝安全閥是控制異常升壓的有效措施，既可保護閥門啟閉件，又能維護系統(tǒng)的安全運行，但現(xiàn)行閥門標準并未明確此類要求。另外在上游側(cè)與中腔間安裝外旁路或閘板上游一側(cè)開泄壓孔均是有效的可行手段。

(3)未沖管或沖管不徹底，致管內(nèi)雜物(如鐵屑，焊渣，焊條頭，螺母等)軋傷密封面。

(4)安裝位置不當，所有閘閥一般推薦閥桿垂直向上安裝，傾斜安裝會大大增加閘板卡死的幾率，萬不得已水平安裝應有安裝支架支撐電裝，并在安裝時校正閥桿。

3．2．2調(diào)試不當

對電動閘閥，安裝調(diào)試有嚴格的要求，非專業(yè)人員操作往往會產(chǎn)生嚴重的后果。常見的問題有以下幾方面：

(1)開啟過行程，保護力矩過高。這一做法的后果是拉斷閥桿、閥桿螺母咬死等；正確的做法是：用手輪調(diào)定開啟位置，用力矩保護，一般保護力矩控制20％～30％即可。

(2)關(guān)閉行程過大，啟閉力矩過大。這一做法的后果是閘板楔死于閥座中，而啟閉力矩過大則可能導致拉斷閥桿、T形槽開花斷裂、閥桿螺母咬死等；正確的做法是：用手輪調(diào)定關(guān)閉位置后適當上提閘板1—3mm(主要對高壓閥門)，這樣可避免中腔異常升壓導致的開啟力矩過大。

(3)對平板閘閥關(guān)閉行程過大常常會撞裂(或變形)平板閥閘板。調(diào)試時調(diào)定其關(guān)閉行程位置即可，并不需過大的關(guān)閉力矩。

(4)接線不當，燒壞電機。這只要認真閱讀使用說明書，由專業(yè)人員操作即可。

3．3 運行與維護

3．3．1 選型不當

(高溫、高壓)手動開不動。為壓低造價很多單位選型手動閥門招投標，建議啟閉力矩大于400Nm的閥門應采用增力的機構(gòu)設計，如齒輪機構(gòu)、撞擊手輪、帶軸承的閥桿螺母設計等。電裝選型時應預留30％～50％的力矩裕度；不推薦采用氣動型楔式閘閥。必要時可參考表1的閥門適用特點結(jié)合具體工況，確定閘閥選型的結(jié)構(gòu)形式。

3．3．2 維護不當

(1)自緊密封設計的閥門運行一段時間后應再緊固預緊螺栓，防止壓力波動時閥蓋下沉引起介質(zhì)外漏，沖出自密封圈。

(2)運行過程中也應對填料壓緊螺栓進行正常維護，及時緊固。

(3)運行過程中也應對中法蘭壓緊螺栓進行正常維護，及時緊固。

(4)運行過程中應對軸承機構(gòu)、各類螺紋處進行定期潤滑，及時去除灰塵污垢。

(5)定期動作試驗。重要閥門應經(jīng)常啟閉測試其動作性能，防止銹蝕卡澀，及時發(fā)現(xiàn)隱患。

(6)定期檢修。重要閥門應定期檢修，檢查維護其密封面、驅(qū)動機構(gòu)、密封圈等重要部位。點檢關(guān)鍵部位，建立設備維護記錄檔案。

(7)專業(yè)人員操作，或在其指導下操作，建立規(guī)范的操作程序并做好維護保養(yǎng)記錄。

(8)理順管理體制，典型案例如很多單位將一只電動閥門分為機電兩部分，分別劃歸機械與電氣兩個部門管理，兩者互不協(xié)調(diào)，出了問題或相互指責，或一推了之，最終設備損壞由閥門廠家服務買單。

(9)加強員工培訓，提高運行與維護的技能。近年新辦企業(yè)較多，員工素質(zhì)良莠不齊，呈現(xiàn)普遍下降趨勢，高技能訓練有素的職工隊伍才是安全運行的保證。

3．3．3提供充足費用，不搞最低價中標，逼良為娼。以技術(shù)、質(zhì)量、信譽、業(yè)績、服務作為招標評比遴選的重要依據(jù)，價格作為參考，將假冒偽劣拒之門外。

4．結(jié)論

設計、制造、選型，安裝調(diào)試、維護等方面有機結(jié)合，才能保證產(chǎn)品的安全使用，避免許多重大事故發(fā)生，保證產(chǎn)品及工藝流程的安全運行，從而延長設備壽命，延長檢修周期節(jié)省維修及生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效率。

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