1、行業(yè)應用概述：

 金屬硬密封球閥越來(lái)越多應用于殼牌、德士古等粉煤氣化裝置中，其應用介質(zhì)在油、氣、水的基礎上增加了煤粉、煤渣、渣漿等高黏結性、高硬度的固體顆粒。由于固體顆粒介質(zhì)的特殊性，應用于此類(lèi)介質(zhì)的球閥使用一段時(shí)間后，易出現內漏、卡頓、開(kāi)關(guān)不到位等現象。此時(shí)，執行器的持續輸出力可能對球閥整體主要操作件造成破壞、從而影響生產(chǎn)運行。

2、故障分析

 根據現場(chǎng)使用情況調查，應用于固體顆粒工段的金屬硬密封球閥，故障頻率高，容易出現內漏、卡等故障，通常金屬硬密封在線(xiàn)運行時(shí)間多為半年左右，甚至二三個(gè)月就出現故障，這也成為制約整個(gè)裝置長(cháng)期運行的瓶頸。

（1）內漏原因分析

 球閥內漏與工藝介質(zhì)的性質(zhì)、運行條件、密封副涂層材料的選擇等因素相關(guān)。球閥的內漏主要原因：密封面涂層沖刷；介質(zhì)對密封面剝落與腐蝕。

 分析表現，金屬硬密封球閥、密封副涂層之間存在著(zhù)粘結的現象，如果密封副涂層選取不合適，密封面之間就會(huì )產(chǎn)生嚴重的粘結，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中密封面之間就嚴重拉傷。

 球閥在開(kāi)啟瞬間，由于上下游相對壓差較大，流通間隙較小，流速較快，此時(shí)固體顆粒介質(zhì)會(huì )對球閥密封副涂層產(chǎn)生強烈的沖刷，隨著(zhù)球閥開(kāi)關(guān)頻率不斷增加，最終導致球閥內漏。

（2）卡頓及開(kāi)關(guān)不到位原因分析

 固體顆粒用球閥出現卡及開(kāi)關(guān)不到位的直接原因：密封面拉傷；固體顆粒介質(zhì)在閥腔內堆積；軸承、軸套等不做硬化處理或設計結構不合理。

 有些工段開(kāi)啟壓差很大，溫度較高，導致密封面摩擦較大，開(kāi)關(guān)所需的克服摩擦力所做的功大部分轉化為熱能，升高了密封面的溫度，更加增大了附著(zhù)磨損和氧化磨損的趨勢。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)次數的增加，密封面很容易拉傷，造成開(kāi)關(guān)卡。

3、優(yōu)化方案

 固體顆粒用金屬密封球閥，由于其應用介質(zhì)的特殊性，密封面的整體壽命均較短，無(wú)法很好滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際使用需求，存在很大的安全隱患。因而應從閥門(mén)整體結構出發(fā)，對閥門(mén)進(jìn)行優(yōu)化設計，如密封面材質(zhì)選擇、開(kāi)口碟簧設計、卸灰槽設計、閥座結構優(yōu)化等，可有效提高應用于固體顆粒的硬密封球閥密封面的使用壽命，進(jìn)而可提高整個(gè)球閥在線(xiàn)運行時(shí)間。

（1）密封面材質(zhì)選擇

 經(jīng)多次實(shí)驗表明，密封面的涂層材料選擇并非越硬越好，也沒(méi)有量佳的適用于任何場(chǎng)合的特殊材料，根據工藝介質(zhì)條件及操作要求，采用合適的硬質(zhì)合金材料，并采用合理的密封結構，才能效預防密封面副粘結。

 在密封面材料選擇上，經(jīng)過(guò)大量試驗，對幾十種密封副材料進(jìn)行配比試驗，從中挑出了具有強工況針對性，抗粘接性、抗氧化性、良好導熱性及導電性的硬質(zhì)合金涂層材料。該硬質(zhì)合金涂層*解決了高壓、高溫、純凈氣體工況下，硬質(zhì)合金粘結、氧化、熱量積累以及靜電放電等難題，其應用于固體顆粒介質(zhì)時(shí)，無(wú)論在而磨性能還是使用壽命上教師得到了很在的提升。

 在密封結構上，采用定量壓縮、雙軸承、開(kāi)口碟簧補償等結構設計，保證高溫、常溫和低溫下開(kāi)關(guān)扭矩穩定及開(kāi)關(guān)到位。

（2）開(kāi)口蝶簧設計

 固體顆粒球閥越來(lái)越多地選用碟簧。通常情況下，應用碟簧的球閥即使在無(wú)壓狀態(tài)下，開(kāi)啟與關(guān)閉過(guò)程中產(chǎn)生的扭矩亦不相同，開(kāi)啟過(guò)程中扭矩波動(dòng)不大，但關(guān)閉過(guò)程出現扭矩銜最大再突然變小然后再逐漸增大現象。原因是球體在關(guān)閉的過(guò)程中，閥座的側斜造成起始位置與關(guān)閉位置的碟簧預緊力不同，相應的球閥密封副之間產(chǎn)生的摩擦力不同。

 開(kāi)口碟簧可解決閥門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉扭矩不同的問(wèn)題。球閥開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中，開(kāi)口蝶簧使開(kāi)品側碟簧力變小，此時(shí)雖然閥座側斜，一側的碟簧壓縮量會(huì )增大，但由于開(kāi)口的影響，使兩側的力基本相同，保證球閥關(guān)閉與開(kāi)啟過(guò)程中球座密封副涂層產(chǎn)生的摩擦力矩基本恒定，降低了正臺球閥的開(kāi)關(guān)扭矩，有效降低了閥門(mén)卡澀故障。

（3）卸灰槽設計

 進(jìn)入到碟簧位置的物料相對螺旋彈簧較易排出，但物料同樣會(huì )進(jìn)入碟簧部位，在碟簧與閥體或閥帽之間形成的三角區域內形成堆積。而且隨著(zhù)壓力的變化，閥座組件會(huì )產(chǎn)生少量的位移，碟簧變形產(chǎn)生的空隙就會(huì )被固體或漿料介質(zhì)填滿(mǎn)，使碟簧無(wú)法復位，失云其固有的彈簧性補償功能而處于卡死狀態(tài)，從而造成球體與閥座之間的摩擦力只增不減，越來(lái)越大，導致球閥開(kāi)始卡，直至執行器無(wú)法驅動(dòng)球閥出現故障。

 為解決這一問(wèn)題，物料進(jìn)入碟簧后，通過(guò)卸灰槽排出碟簧后面的灰或漿料，碟簧不會(huì )被卡死，保護了閥座的靈活性，從而使該處扭矩很好的控制在設計范圍內。

 除以上優(yōu)化設計，針對固體顆粒介質(zhì)用球閥，進(jìn)行了以下方面處理：閥座邊緣銳利，起刮刀作用，防止固體顆粒進(jìn)入閥座與球體的縫隙。閥座環(huán)與閥體間的閥座槽的表面粗糙度與尺寸公差合理，保證其間的石墨密封材料在規定的操作及設計溫度下不會(huì )被擠壓，同時(shí)防止由于熱膨脹引起的閥座粘結。座槽內的閥座環(huán)支撐部件在球閥運轉過(guò)程中不會(huì )發(fā)生傾斜。閥座表面具有足夠的硬度，無(wú)污跡、裂縫。

4、總結

 金屬硬密封球閥應用于煤粉、煤渣、渣槳等固體顆粒介質(zhì)時(shí)，易出現內漏、卡、開(kāi)關(guān)不到位等故障。通過(guò)優(yōu)化球閥的內部結構，使球閥具有壽命長(cháng)，而高溫、而磨損、而沖刷等特點(diǎn)，廣泛用于高溫、高壓、易結晶、沉淀性介質(zhì)工況。