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(zhǎng)壽命等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的開(kāi)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(zhǎng)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(jiàn)結(jié)構(gòu)形式。綜合比較如表1。
| 項(xiàng)目 | Z40/60 | Z41/61平行 | Z41/61楔式 | Z42/62 | Z44/64 |
| 結(jié)構(gòu)說(shuō)明 | 帶彈性槽楔式閘板 | 平行單閘板 | 楔式單閘板 | 楔式雙閘板 | 平行雙閘板 |
| 制造工藝性能 | 彈性槽可補(bǔ)償制造誤差，總體精度要求較高 | 兩側(cè)平行度及粗糙度可方便地保證 | 最差，精度要求最高 | 好 | 好 |
| 可維修性能 | 較差，精度要求最高 | 好 | 制造精度要求最高 | 最好，具備擋寬磨損補(bǔ)償設(shè)計(jì) | 好 |
| 高溫抗咬性能 | 較差，易發(fā)生咬死現(xiàn)象 | 好 | 很差 | 一般 | 好 |
| 密封性能及可靠性 | 結(jié)構(gòu)緊湊，制造精度高，密封性能較好 | 低壓時(shí)易泄漏，不適用低壓或壓力波動(dòng)工況 | 結(jié)構(gòu)緊湊，制造精度高則性能較好 | 關(guān)閉時(shí)自動(dòng)吻合，密封可靠 | 零件較多。低壓時(shí)密封性能較差 |
| 密封面使用壽命 | 較長(zhǎng) | 易擦傷 | 較長(zhǎng) | 長(zhǎng) | 易擦傷 |
| 制造成本 | 較高 | 低 | 較低 | 高 | 高 |
| 工況適應(yīng)性 | 各壓力段均適用，高溫慎用 | 低壓或壓力波動(dòng)時(shí)不適用，高溫適用 | 具備強(qiáng)制密封設(shè)計(jì)，適用各壓力段，單高溫慎用 | 具備強(qiáng)制密封設(shè)計(jì)，適用各壓力段，高溫慎用 | 低壓或壓力波動(dòng)時(shí)不適用，高溫適用 |
| 對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求 | 驅(qū)動(dòng)力矩大 | 驅(qū)動(dòng)力矩最小 | 驅(qū)動(dòng)力矩大 | 驅(qū)動(dòng)力矩較大 | 驅(qū)動(dòng)力矩較小 |
| 安裝調(diào)試要求 | 啟閉力矩及行程控制要求嚴(yán)格 | 僅須控制行程，用力矩保護(hù) | 啟閉力矩及行程要求嚴(yán)格 | 啟閉力矩及行程控制要求嚴(yán)格 | 僅須控制行程，用力矩保護(hù) |
上表相對(duì)地比較了國(guó)產(chǎn)常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用范圍，用戶選型時(shí)應(yīng)以工況要求為原則，參考選擇合適型號(hào)。如能正確地選型，許多事故完全可在選型時(shí)避免。(須說(shuō)明的是，近年各類新結(jié)構(gòu)層出不窮，新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未列入比較)除了選型錯(cuò)誤外，設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)均須認(rèn)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(duì)各類常見(jiàn)事故進(jìn)行分析點(diǎn)評(píng)。
2．常見(jiàn)事故形式及分析
2．1 閥桿斷裂
閥桿為重要驅(qū)動(dòng)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(yīng)力集中及超標(biāo)現(xiàn)象。尤其當(dāng)工作條件較大地偏離設(shè)計(jì)時(shí)，拉斷幾乎無(wú)法避免。蘇州一電廠曾多次發(fā)生DNl75電動(dòng)閘閥閥桿開(kāi)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(yù)緊螺母松動(dòng)，閥蓋上移，閥桿螺母咬死，顯然這是電裝行程調(diào)試過(guò)位，保護(hù)力矩過(guò)大引起的人為事故。
另一類閥桿斷裂事故則發(fā)生于開(kāi)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(rèn)定為閘板咬死，這其實(shí)只是部分原因或次要原因，一個(gè)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(yuǎn)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(dǎo)致壓力劇烈升高，其二閘板關(guān)閉瞬間流體封閉于中腔，無(wú)法外流，中腔空間被閥桿進(jìn)一步擠壓，由于液體的可壓縮性十分有限，也會(huì)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(bào)道異常升壓一般會(huì)成幾何級(jí)數(shù)增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)閥桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)極限，拉斷閥桿也就自然而然了。顯然它的存在似炸彈般嚴(yán)重威脅著設(shè)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(shì)，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(shè)計(jì)，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(yùn)行中會(huì)隨時(shí)隨地暴露處理，成為威脅安全運(yùn)行的隱患，某電廠2007年統(tǒng)計(jì)，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(yán)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(dǎo)軌側(cè)甚至于與閥桿脫離，主要由設(shè)計(jì)制造不良引發(fā)，如導(dǎo)軌接觸寬度過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)軌粗糙均為誘發(fā)因素。
2．4 閘板楔死、T型槽斷裂或開(kāi)花
閘板楔死表現(xiàn)為閘板咬死于閥座中，當(dāng)閥桿硬性上提時(shí)，常常出現(xiàn)T型槽斷裂或開(kāi)花(變形)，避開(kāi)“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(kāi)，由于閥桿受熱膨脹伸長(zhǎng)使閘板進(jìn)一步壓緊，增大閘板的關(guān)閉力矩，導(dǎo)致閘板楔死；相似地如熱態(tài)關(guān)閉，冷態(tài)打開(kāi)時(shí)，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(dǎo)致閘板楔死。上述兩種狀態(tài)如伴隨“關(guān)閉力”過(guò)大，即關(guān)得過(guò)緊，如電裝驅(qū)動(dòng)調(diào)試不當(dāng)或不適當(dāng)?shù)厥褂迷隽C(jī)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(yùn)行不久即發(fā)生內(nèi)漏又關(guān)不到位則應(yīng)肯定為密封面夾雜異物，這是閘閥的大忌。新設(shè)計(jì)投運(yùn)前認(rèn)真檢查，仔細(xì)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(dòng)閥門電裝調(diào)試不當(dāng)時(shí)發(fā)生，關(guān)閉力矩過(guò)大又未設(shè)行程保護(hù)或失當(dāng)時(shí)極易發(fā)生，其對(duì)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(shí)發(fā)生，多由于電動(dòng)閥門電裝調(diào)試不當(dāng)，關(guān)閉行程未設(shè)或失當(dāng)時(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(shí)壓緊引起，一旦發(fā)生常導(dǎo)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(gè)原因是閥桿表面處理或材料選擇不當(dāng)被介質(zhì)腐蝕或填料不合格腐蝕閥桿表面時(shí)，閥桿上下運(yùn)動(dòng)會(huì)由其表面銹蝕處帶出填料微粒，反復(fù)多處即出現(xiàn)填料間隙泄漏，此時(shí)如維護(hù)不當(dāng)，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(shí)間內(nèi)將填料沖出，一絲不留，進(jìn)一步高壓氣流會(huì)沖蝕殼體，形成缺口或洞口。同樣的情形，對(duì)以石墨不銹鋼絲纏繞材料作為密封的高壓自緊密封設(shè)計(jì)的閥門及以不銹鋼帶石墨纏繞墊的中法蘭密封設(shè)計(jì)閥門亦應(yīng)引以為戒。再一個(gè)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(guò)大，閥桿上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)因間隙過(guò)大反復(fù)摩擦填料帶出微末，最終使填料壓緊比壓下降，導(dǎo)致泄漏，高速氣流會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)沖出全部填料，使介質(zhì)大量外漏，導(dǎo)致極端事故的發(fā)生。
3．分析與對(duì)策
以上淺述了幾類常見(jiàn)事故的表現(xiàn)形式，下面進(jìn)一步從制造(供方)、安裝(安裝施工方)、維護(hù)(需方)三層面作分析，以利于防微杜漸，事前改進(jìn)，杜絕事故。
3．1 設(shè)計(jì)與制造
3．1．1 設(shè)計(jì)缺陷
(1)無(wú)開(kāi)度標(biāo)識(shí) 國(guó)標(biāo)閘閥未涉及此要求，這在許多場(chǎng)合不盡合理，普通閥門只能憑手感判斷開(kāi)度，對(duì)電動(dòng)閥更增加茫然感，接觸不少用戶頗有微詞。
(2)閥桿強(qiáng)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(dāng)中腔異常升壓時(shí)常常最先斷裂。
(3)閥桿端部未設(shè)計(jì)限位裝置，常導(dǎo)致過(guò)度關(guān)閉咬死。
(4)國(guó)標(biāo)閘閥標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)中腔異常升壓現(xiàn)象未涉及，未提出設(shè)計(jì)內(nèi)旁路或外旁路的要求，導(dǎo)致升壓無(wú)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(shí)，建議采用平板閥門為宜。
(6)電裝選型不當(dāng)，驅(qū)動(dòng)力矩過(guò)大或過(guò)小。過(guò)大則增加制造成本，調(diào)試不當(dāng)則易撞彎閥桿或楔死閘板；過(guò)小則開(kāi)不動(dòng)，關(guān)不嚴(yán)。
(7)DN350以上電動(dòng)閥門閥桿直徑應(yīng)適當(dāng)加大，細(xì)長(zhǎng)的閥桿調(diào)試不當(dāng)時(shí)極易發(fā)生閥桿彎曲現(xiàn)象，同時(shí)加工裝配應(yīng)提高支架上下同軸度。
(8)選材不當(dāng) 典型的案例如采用鋁青銅制造的閥桿螺母，當(dāng)電裝轉(zhuǎn)速較快或啟閉較頻繁時(shí)會(huì)很快磨光螺紋牙面，甚至一牙不剩，導(dǎo)致閥門無(wú)法動(dòng)作。目前可替代的材料并不多，建議設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增多牙數(shù)，有效潤(rùn)滑，并定期維護(hù)更換。
(9)重要閥門應(yīng)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(dǎo)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(duì)一些部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，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(shì)。
(2)材料不達(dá)標(biāo)，偷工減料，以次充好。常見(jiàn)的現(xiàn)象時(shí)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(jìn)行NDT(無(wú)損檢測(cè))。
(3)導(dǎo)軌不加工致卡死，導(dǎo)軌是重要的部位，常不被重視，加工時(shí)應(yīng)認(rèn)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(huì)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(dāng)或硬度不匹配；表面粗糙度、平面度或吻合度不足，導(dǎo)致比壓超標(biāo)，形成壓傷、擦傷破壞。
(6)閥桿表面處理不合格，導(dǎo)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(yán)格的要求，不宜過(guò)大過(guò)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(yán)，會(huì)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(shí)會(huì)導(dǎo)致無(wú)法安裝的現(xiàn)象發(fā)生。
3．1．3做好售前服務(wù)，充分與設(shè)計(jì)方、業(yè)主溝通，了解閥門的工況參數(shù)及運(yùn)行特點(diǎn)，協(xié)助選型，完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)，提供完善軟件資料(如安裝手冊(cè)，操作維護(hù)指導(dǎo)書(shū)等)，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
3．1．4反對(duì)偷工減料，以次充好。充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)作用，理順閥門行業(yè)價(jià)格，實(shí)現(xiàn)閥門市場(chǎng)合理競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。
3．1．5建議由行業(yè)管理部門盡快建立電動(dòng)閥門的設(shè)計(jì)制造、安裝調(diào)試、維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)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(dāng)
(1)無(wú)旁路對(duì)重要的高壓大口徑閥門上下游問(wèn)增加旁路裝置有利于降低啟閉壓差，減輕啟閉瞬間閘板對(duì)密封面的擦傷，同時(shí)有利于減小電裝力矩，降低制造成本。由于現(xiàn)行國(guó)標(biāo)未對(duì)旁路裝置明確規(guī)定，導(dǎo)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(wú)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(hù)閥門啟閉件，又能維護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，但現(xiàn)行閥門標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)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(dāng)，所有閘閥一般推薦閥桿垂直向上安裝，傾斜安裝會(huì)大大增加閘板卡死的幾率，萬(wàn)不得已水平安裝應(yīng)有安裝支架支撐電裝，并在安裝時(shí)校正閥桿。
3．2．2調(diào)試不當(dāng)
對(duì)電動(dòng)閘閥，安裝調(diào)試有嚴(yán)格的要求，非專業(yè)人員操作往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。常見(jiàn)的問(wèn)題有以下幾方面：
(1)開(kāi)啟過(guò)行程，保護(hù)力矩過(guò)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(kāi)啟位置，用力矩保護(hù)，一般保護(hù)力矩控制20％～30％即可。
(2)關(guān)閉行程過(guò)大，啟閉力矩過(guò)大。這一做法的后果是閘板楔死于閥座中，而啟閉力矩過(guò)大則可能導(dǎo)致拉斷閥桿、T形槽開(kāi)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(dāng)上提閘板1—3mm(主要對(duì)高壓閥門)，這樣可避免中腔異常升壓導(dǎo)致的開(kāi)啟力矩過(guò)大。
(3)對(duì)平板閘閥關(guān)閉行程過(guò)大常常會(huì)撞裂(或變形)平板閥閘板。調(diào)試時(shí)調(diào)定其關(guān)閉行程位置即可，并不需過(guò)大的關(guān)閉力矩。
(4)接線不當(dāng)，燒壞電機(jī)。這只要認(rèn)真閱讀使用說(shuō)明書(shū)，由專業(yè)人員操作即可。
3．3 運(yùn)行與維護(hù)
3．3．1 選型不當(dāng)
(高溫、高壓)手動(dòng)開(kāi)不動(dòng)。為壓低造價(jià)很多單位選型手動(dòng)閥門招投標(biāo)，建議啟閉力矩大于400Nm的閥門應(yīng)采用增力的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，如齒輪機(jī)構(gòu)、撞擊手輪、帶軸承的閥桿螺母設(shè)計(jì)等。電裝選型時(shí)應(yīng)預(yù)留30％～50％的力矩裕度；不推薦采用氣動(dòng)型楔式閘閥。必要時(shí)可參考表1的閥門適用特點(diǎn)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(hù)不當(dāng)
(1)自緊密封設(shè)計(jì)的閥門運(yùn)行一段時(shí)間后應(yīng)再緊固預(yù)緊螺栓，防止壓力波動(dòng)時(shí)閥蓋下沉引起介質(zhì)外漏，沖出自密封圈。
(2)運(yùn)行過(guò)程中也應(yīng)對(duì)填料壓緊螺栓進(jìn)行正常維護(hù)，及時(shí)緊固。
(3)運(yùn)行過(guò)程中也應(yīng)對(duì)中法蘭壓緊螺栓進(jìn)行正常維護(hù)，及時(shí)緊固。
(4)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)對(duì)軸承機(jī)構(gòu)、各類螺紋處進(jìn)行定期潤(rùn)滑，及時(shí)去除灰塵污垢。
(5)定期動(dòng)作試驗(yàn)。重要閥門應(yīng)經(jīng)常啟閉測(cè)試其動(dòng)作性能，防止銹蝕卡澀，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。
(6)定期檢修。重要閥門應(yīng)定期檢修，檢查維護(hù)其密封面、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、密封圈等重要部位。點(diǎn)檢關(guān)鍵部位，建立設(shè)備維護(hù)記錄檔案。
(7)專業(yè)人員操作，或在其指導(dǎo)下操作，建立規(guī)范的操作程序并做好維護(hù)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(dòng)閥門分為機(jī)電兩部分，分別劃歸機(jī)械與電氣兩個(gè)部門管理，兩者互不協(xié)調(diào)，出了問(wèn)題或相互指責(zé)，或一推了之，最終設(shè)備損壞由閥門廠家服務(wù)買單。
(9)加強(qiáng)員工培訓(xùn)，提高運(yùn)行與維護(hù)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(shì)，高技能訓(xùn)練有素的職工隊(duì)伍才是安全運(yùn)行的保證。
3．3．3提供充足費(fèi)用，不搞最低價(jià)中標(biāo)，逼良為娼。以技術(shù)、質(zhì)量、信譽(yù)、業(yè)績(jī)、服務(wù)作為招標(biāo)評(píng)比遴選的重要依據(jù)，價(jià)格作為參考，將假冒偽劣拒之門外。
4．結(jié)論
設(shè)計(jì)、制造、選型，安裝調(diào)試、維護(hù)等方面有機(jī)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(yùn)行，從而延長(zhǎng)設(shè)備壽命，延長(zhǎng)檢修周期節(jié)省維修及生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效率。
天沃-不銹鋼球閥，與您資料共享！
