閥門是石油化工煉油裝置中不可缺少的部分，其使用的閥門種類多、數(shù)量大，化工生產(chǎn)中的介質(zhì)多是腐蝕性強(qiáng)、有毒或易燃易爆的，當(dāng)閥門泄漏時，不僅會造成嚴(yán)重的原材料、能量和產(chǎn)品的浪費(fèi)，而且對環(huán)境也造成嚴(yán)重的影響，甚至引起嚴(yán)重的安全事故。因此，我們有必要也應(yīng)當(dāng)重視石油化工生產(chǎn)過程中閥門的泄漏問題。下面就石油化工裝置中引起閥門泄漏的原因以及防止和消除泄漏的對策、方法做重點(diǎn)探討。
2 閥門泄漏的原因分析
2.1閥門的分類
閥門是石油化工生產(chǎn)裝置中必不可少的控制設(shè)備。閥門的種類繁多，隨著各類成套設(shè)備工藝流程的不斷改進(jìn)，閥門的種類還在不斷增加。根據(jù)其用途的不同可以分為以下幾類：
（1）用于切斷或接通管路中的介質(zhì)的閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥和蝶閥等； （2）用于調(diào)節(jié)管路中介質(zhì)壓力和流量的調(diào)節(jié)閥（有氣動和電動兩種類型）、減壓閥、節(jié)流閥、蝶閥、平衡閥等； （3）用于防止介質(zhì)倒流、保證介質(zhì)單向流動的止回閥； （4）用于超溫、超壓安全保護(hù)，排放多余介質(zhì)，防止溫度、壓力超過規(guī)定數(shù)值，從而保證設(shè)備和管路系統(tǒng)安全運(yùn)行的安全閥、溢流閥等； （5）用于改變管路中介質(zhì)流動的方向，起分流介質(zhì)作用的分配閥、三通或四通旋塞閥、三通或四通球閥等； （6）用于介質(zhì)的取樣分析的取樣閥； （7）其他特殊用途的疏水閥、排污閥、放空閥、排渣閥等。
2.2閥門泄漏的原因分析[1]
閥門泄漏分為兩種，即外部泄漏和內(nèi)部泄漏。在大多數(shù)情況下，外部泄漏所造成的后果，往往比內(nèi)部泄漏更加嚴(yán)重。在工業(yè)生產(chǎn)中，閥門的外漏不但造成原材料及能源的浪費(fèi)，還會直接污染環(huán)境，甚至引起火災(zāi)、爆炸、中毒等危害生命安全的重大事故，給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。
（1）閥門外漏的原因分析
外漏常見于閥體、閥桿、填料函與閥體的連接部位。
1）閥體泄漏的原因閥體通常是鑄造的，容易形成砂眼等鑄造缺陷，閥體上的砂眼會導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏，這種泄漏一般都表現(xiàn)為滲漏，流量較小，通過水壓試驗(yàn)就能被發(fā)現(xiàn)。 2）閥桿泄漏的原因閥門的閥桿由于設(shè)計和選材不當(dāng)會引起閥桿在某個位置被卡死，使閥門無法關(guān)閉或關(guān)閉不嚴(yán)，造成介質(zhì)泄漏。此種泄漏往往流量較大，對生產(chǎn)裝置和周圍的環(huán)境容易造成嚴(yán)重的危害。 3）填料函泄漏的原因填料函由填料箱、填料、填料墊以及填料壓緊機(jī)構(gòu)等組成。填料箱置于閥體或閥蓋上，起容納填料的作用。填料墊置于填料箱底部，起支撐填料的作用。填料分軟質(zhì)密封填料和成型填料兩種。成型填料以彈性材質(zhì)為原料，采用模壓成型或車削加工制成各種環(huán)形密封圈，相比之下，成型填料結(jié)構(gòu)緊湊，密封性能好，適用性更強(qiáng)。介質(zhì)在密封填料處泄漏，原因?yàn)樘盍蠅荷w松動、密封填料不嚴(yán)密、填料品種或質(zhì)量不符合要求、填料老化或被閥桿磨損。 4）閥體連接處泄漏的原因閥體連接部位的密封系指閥體與閥蓋之間的密封。一般情況下為法蘭連接密封，當(dāng)閥門公稱直徑較小時為螺紋連接密封。墊片的類型、材質(zhì)或尺寸不符合要求、法蘭密封面加工質(zhì)量差、連接螺栓緊固不當(dāng)、因管道配置不合理而在連接處產(chǎn)生過大附加載荷等原因，都能引起閥體連接部位泄漏。
2）閥門內(nèi)漏的原因分析
閥門關(guān)閉不嚴(yán)形成的泄漏為內(nèi)漏，常發(fā)生在閥座密封面。分析其原因：
1）閥門的設(shè)計和制造工藝存在問題，造成閥門密封不嚴(yán)而導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏，多為滲漏或小流量連續(xù)排放。 2）閥板或密封面變形造成密封不嚴(yán)，從而引起介質(zhì)的泄漏，一般成滲漏或小流量連續(xù)排放。 3）在閥門的制造、運(yùn)輸、檢驗(yàn)、安裝和使用等過程中，損傷了閥門的密封面，使密封不嚴(yán)，導(dǎo)致閥門泄漏。這種泄漏也表現(xiàn)為小流量的滲漏。 4）介質(zhì)內(nèi)含有固體雜質(zhì)造成閥門關(guān)閉不嚴(yán)，從而引起介質(zhì)泄漏。這種泄漏可能是小流量的滲漏也可能流量較大。
2. 3閥門泄漏造成的損失
由以上情況引起的泄漏，所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對環(huán)境的污染程度又因介質(zhì)的特性的不同而有所不同。如果是氣體介質(zhì)，則很容易在空氣中擴(kuò)散傳播，其污染半徑就會較大。液體介質(zhì)則會通過對地面的滲透產(chǎn)生污染，也可能通過明溝或暗溝流人排洪渠，污染江河湖泊及其他環(huán)境。1984年12月3日凌晨，印度博帕爾農(nóng)藥廠一個裝有45t液態(tài)劇毒筒氛酸甲醋的儲罐中的劇毒藥液沖破閥門泄漏出來，傾刻間化為濃重的煙霧飄散在人口稠密的博帕爾市區(qū)，在短短幾天里，毒氣就奪走了2800人的生命，使52萬多人受到不同程度的毒害，其中有10萬多人終生殘廢。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站因?yàn)橐粋€閥門的問題而釀成空前的災(zāi)難，不僅造成了重大的人員傷亡，所造成的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境破壞也難以估量。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，工業(yè)裝置中約20%的閥門存在泄漏問題，所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占總損失的5%0在石化行業(yè)中，以一套5000kt/a規(guī)模的常減壓裝置為例，一般情況下有5000個左右的閥門，由其中20%的閥門泄漏所造成的經(jīng)濟(jì)損失和對環(huán)境造成的污染的確不可小覷，如果從整個石化行業(yè)來看，情況就更嚴(yán)重了。
3 對策
3.1 優(yōu)化設(shè)計選型[2，3]
能否將閥門泄漏的程度降到最低、使用壽命達(dá)到最長，取決于閥門設(shè)計選型是否合理、密封形式的選用、閥門的產(chǎn)品質(zhì)量、安裝施工及生產(chǎn)操作是否合乎規(guī)范等，而且很大程度上是取決于閥門設(shè)計選型的優(yōu)化。
閥門設(shè)計選型的優(yōu)化，牽涉到閥門形式的選擇、閥門本身的設(shè)計及制造、閥門材料的選用等多方面的問題。選擇閥門形式時，要從工藝條件的要求和設(shè)計規(guī)范的要求等角度進(jìn)行全面優(yōu)化考慮。閥門的用途、介質(zhì)的溫度、壓力、流速、壓降以及介質(zhì)的腐蝕性等，都直接影響到閥門的選型，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性，選擇制造閥門所使用的材料。根據(jù)施工和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，閥門的選用除了滿足有關(guān)工藝要求、設(shè)計規(guī)范外，還應(yīng)充分考慮各種具體情況，使其盡可能與操作條件相匹配，最大限度地滿足使用要求。
對于液體、氣體或兩相流體，使用閘閥或截止閥與使用球閥相比，其效果會有明顯的不同。球閥的氣密性優(yōu)于閘閥和截止閥，開啟和關(guān)閉的速度也要迅速得多，但使用溫度范圍卻大大小于閘閥和截止閥。一般情況下，大多數(shù)球閥都不能在高溫下使用。而閘閥和截止閥在高溫情況下的性能比較穩(wěn)定。球閥的壓力損失比閘閥和截止閥要小，相比之下截止閥的壓力損失比閘閥的壓力損失要大一些，這是由閥門內(nèi)在的構(gòu)造形式所決定的。對于不同的物料流速及調(diào)節(jié)流量的效果，使用不同類型的閥門其效果也會大不一樣。高速流的情況下一般不宜使用截止閥，因?yàn)樵诟咚倭鞯那闆r下截止閥的壓力損失最大，但截止閥對流量的調(diào)節(jié)作用卻比閘閥和球閥要好得多。在選擇閥門類型時，還要根據(jù)介質(zhì)的溫度和腐蝕性考慮制造閥門所使用的材料。閥門所使用的材料必須滿足閥門工作點(diǎn)的工藝條件的要求。根據(jù)工作點(diǎn)的工藝要求，合理地選用閥芯和閥體的材料，可以延長閥門的使用壽命而不必大幅度增加費(fèi)用。單純地追求高等級的材質(zhì)只會造成材料的無謂浪費(fèi)。
3.2 填料函泄漏對策
由于閥門填料函密封的泄漏，以及閥體連接部位密封的泄漏，是造成閥門外漏的關(guān)鍵所在，所以需要特別重視。
傳統(tǒng)的軟質(zhì)填料密封，是靠填料壓蓋的軸向壓力，使之在閥桿與填料以及填料與填料箱側(cè)壁之間，產(chǎn)生一定的徑向接觸應(yīng)力而達(dá)到密封的。因此，壓蓋的軸向力必須相當(dāng)大，這就造成填料與閥桿之間摩擦轉(zhuǎn)矩增大、磨損增加、軟質(zhì)密封填料磨損快，因而須經(jīng)常擰緊壓蓋螺栓或更換填料，才能保證較好的密封效果。
采用合適的填料密封及填料密封組合，可提高閥門使用的可靠性，延長使用壽命。如柔性石墨環(huán)填料的組合使用，比只用柔性石墨環(huán)填料的密封效果好。目前在國內(nèi)采用單一柔性石墨環(huán)填料的情況比較多；而在國外，采用柔性石墨環(huán)填料組合的使用方法已開始流行，并且取得了良好的效果。
3.3 消除閥體連接部位的泄漏
閥體連接部位密封，就其密封性質(zhì)而言屬于靜密封，其應(yīng)滿足下列要求：
（1）能適應(yīng)溫度和壓力的急劇變化； （2）多次拆卸而不損壞密封元件； （3）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，金屬消耗量少； （4）對振動和沖擊載荷不敏感； （5）能滿足各種工作介質(zhì)的使用要求。
閥體的連接部位，通常采用樺槽式或凹凸式平墊片密封，近年來，“O”形密封圈密封，也獲得了廣泛的應(yīng)用。
禪槽式平墊片密封，是將平墊片安裝在封閉槽中，這種結(jié)構(gòu)在密封面上，可產(chǎn)生很高的密封比壓，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過墊片材料的屈服極限，從而保證了可靠的密封性。其適用于壓力大于等于4.OMPa的中高壓閥門。這種密封結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：當(dāng)拆卸閥門時，墊片難于從密封槽中取出，如果硬性取出，往往會將墊片損壞。
凹凸式平墊片密封，是將平墊片安裝在凹凸面法蘭的密封面上，與樟槽式平墊片密封結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）拆卸閥門時，墊片容易取出； （2）由于密封槽呈階梯狀，因此加工工藝性能較好。
平墊片的材料，根據(jù)工藝參數(shù)和流體性質(zhì)，可選用鋁、紫銅、1Cr18Ni9Ti和橡膠石棉板等。氟塑料也是常用的墊片密封材料，但由于其具有冷流性，如果密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，將導(dǎo)致不良后果。
“O”形密封圈，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，只要密封結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，裝配后就能產(chǎn)生足夠的徑向擠壓變形，可不必軸向加載即可達(dá)到密封，因此，將其用作法蘭連接密封，可以減小法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，從而減輕閥門的重量。
對于低壓小通徑閥門，為減小閥體結(jié)構(gòu)尺寸和重量，閥體一般采用內(nèi)螺紋連接，而連接處的密封元件也可采用平墊片或“O”形密封圈。
3.4 閥桿泄漏對策
閥桿是閥門中重要的受力零部件，閥桿材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐蝕，耐擦傷，工藝性能好。為了提高閥桿表面耐腐蝕、耐磨損的性能，一般應(yīng)對其表面進(jìn)行強(qiáng)化處理。目前，制造閥桿的材料，國內(nèi)大部分使用馬氏體不銹鋼，但這種不銹鋼耐縫隙腐蝕能力較弱，這是由于酸性物質(zhì)的作用，使閥桿表面的鈍化膜破壞而產(chǎn)生的局部腐蝕，因此最好采用奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，可以增強(qiáng)閥桿耐縫隙腐蝕的能力，從而使閥桿處的泄漏得到有效的控制。
4 結(jié)束語
綜上所述，在石化工業(yè)生產(chǎn)中閥門的泄漏是不容忽視的問題，它對生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及對環(huán)境都會帶來重大的影響。消除閥門泄漏的關(guān)鍵在于優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)不同的工藝條件合理選擇閥門的材料，提高閥門在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制水平，以及根據(jù)工藝操作系統(tǒng)優(yōu)化閥門的選型。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是新材料的出現(xiàn)，一些新結(jié)構(gòu)的閥門已投入使用，它們性能好、壽命長，可滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要。
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