高温球阀密封座损坏的原因分析及解决方法

1、高温球阀密封座损坏过程及现象　

浮动球阀受损密封座这种球阀是直通结构，其密封座材料采用耐350℃的对位聚苯（PPL）。对高温球阀在进行高温高压(6.0MPa饱和蒸汽)的试验过程中，发现了密封座发生损坏，损坏的密封座通过现场球阀的仔细观察，发现损坏的均为介质进口端的密封座，且损坏的都是同一部位，而出口端的密封座完好无损。为了确定密封座损坏是发生在球阀开启过程中还是关闭过程中，特对球阀进行了分段试验。首先在球阀关闭状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热10分钟后，开启球阀，然后检查密封座是否损坏；接着在球阀开启状态下，通入6.0MPa饱和蒸汽，预热10分钟后，关闭球阀，然后检查密封座是否损坏，结果两次试验均发生进口端密封座损坏现象。由于浮动球结构的球阀密封原理是在介质压力的作用下，球体产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，从而保证出口端密封，因此进口端密封座的损坏，并不影响球阀的密封性能，具有一定的隐蔽性。当球阀进行多次启闭动作后，进口端密封座损坏处还会发生部分剪切脱落现象。　　

2、高温球阀密封座损坏原因分析　　

基于密封座损坏部位的一致性，且开启和关闭过程中均会发生进口端密封座同一部位的损坏，因此对球阀的启闭过程进行了细致的分析。当球阀处于关闭状态时，球体在介质压力的作用下，产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，由出口端的密封座保证球阀的密封。而进口端密封座因球体的后移，其底面的密封比压减小，压力介质进入到密封座底面，在介质压力的作用下，其密封面与球体全部接触，此时密封座不会受到损坏；当球阀进行开启操作时，进口端与球阀中部将形成一个流道，产生一个压力差，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座将失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。当继续转动球体时，密封座弯曲部分将被通道边缘所压坏而丧失其密封性能。　　

球阀关闭过程中的情况也大致相同。当球阀处于开启状态时，由于球阀装配预紧力的作用和非金属密封座的热膨胀(非金属的膨胀系数比金属的膨胀系数大很多)，使得通道中的介质无法进入到球阀的中部，因此通道与球阀中部存在一个压力差，但此时密封座的密封面与球体全部接触，密封座不会发生变形；当球阀进行关闭操作时，球体通道与球阀的中部有一个压力平衡的过程，即介质由通道进入球阀中部，当流道处球体与阀座脱离接触时，这一部分的阀座失去支承，在介质压力的作用下产生了弯曲变形。进口端的密封座总是被损坏，那是因为当继续关闭球阀时，进口端与球阀中部之间，球阀中部与出口端之间又将产生一个压力差，进口端与球阀中部间的压力差使进口端阀座的弯曲变形更加严重，而球阀中部和出口端间的压力差将使出口端密封座的变形得到修复，当继续转动球体时，进口端密封座的弯曲变形部分将被球体通道边缘所压坏，而出口端密封座不会受到损伤。　　

3、高温球阀解决方法　　

通过第二节的故障原因分析，知道了进口端密封座损坏都是由于进口端与球阀中部存在的压力差引起的，因此只要减少进口端和球阀中部之间的压力差，就可以避免密封座在开启和关闭过程中发生弯曲变形而遭受损坏，对此，在不改变原浮动球直通球阀结构的基础上，采取了下面两种措施：　　

(1)对于开启过程中球阀密封座发生损坏的原因，采取了在密封座外圈开六条3*1mm的卸压槽由于球阀关闭时，球体在介质压力的作用下，产生一定的位移紧压在出口端的密封座上，进口端密封座底面处于松弛状态，通过卸压槽可以迅速平衡进口端和球阀中部的压力，开启过程中，由于卸压槽增加了介质从进口端到球阀中部的流通面积，因此减少了进口端和球阀中部之间的压力差，从而消除了密封座发生弯曲变形引起损坏的因素。　　

(2)对于关闭过程中球阀密封座发生损坏的原因，采取了在球体上钻一个Φ6mm的卸压孔。该卸压孔使球阀在开启状态下，进口端和球阀中部得到连通，从而使球阀关闭过程中所产生的压力差完全消失，彻底消除了密封座发生弯曲变形的可能。
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