1 引言
控制閥是自動控制系統(tǒng)的終端控制元件之一，由于化工裝置中，存在許多高溫、高壓工況，有些介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性和毒性，且易燃易爆，當(dāng)閥門填料泄漏時，不僅造成原材料的浪費(fèi)，而且對環(huán)境也會造成嚴(yán)重污染，甚至引起火災(zāi)、爆炸、中毒等危害生命的安全事故。因此，控制閥填料泄漏問題應(yīng)引起足夠的重視，在設(shè)計(jì)選型中合理選用密封填料是非常重要的。針對控制閥的填料密封，結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資料，通過對控制閥填料函結(jié)構(gòu)形式分析，介紹聚四氟乙烯和柔性石墨填料的特性及應(yīng)用場合，并對合理地選擇控制閥的填料進(jìn)行簡單介紹。
2 控制閥填料作用和分類
控制閥閥門部分由閥的內(nèi)件和閥體組成，閥的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等，其中填料函部件用于對閥桿的密封，是用彈性方法防止工藝介質(zhì)通過往復(fù)式或轉(zhuǎn)動式運(yùn)動而在閥桿表面產(chǎn)生泄漏，它是閥體不可分割的一部分，閥門的閥桿密封幾乎都是利用填料函來實(shí)現(xiàn)的。
控制閥填料是動密封的填充材料，一般裝在上閥蓋的填料函中，其作用是阻止被控介質(zhì)因閥桿運(yùn)動而引起的泄漏。
常用的填料按材質(zhì)主要分為兩大類：聚四氟乙烯和柔性石墨。
2.1 聚四氟乙烯(PTFE)
聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力。其抗腐蝕能力甚至超過了玻璃、陶瓷，即使對強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑也有很好的抗腐蝕能力，是一種理想的密封材料。但其耐溫性能差，聚四氟乙烯在200°以上開始極微量的裂解，受壓、受熱一蠕變，而影響密封性能，且不適用于熔融的堿液或氟化物場合。常用的聚四氟乙烯填料有：
(1)聚四氟乙烯成型織裝填料：它是采用聚四氟乙烯散裝編織壓制而成，是一種開口材料，柔韌性好，持久耐用，密封效果好，更換方便，是應(yīng)用zui廣泛的一種材料。
(2)V型聚四氟乙烯填料：一般用聚四氟乙烯棒料車削加工而成，填料結(jié)構(gòu)呈V型，在兩端壓緊情況下，由于聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)小，有潤滑作用，密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。V型填料環(huán)的特點(diǎn)是：在閥內(nèi)介質(zhì)的壓力作用下，填料外圈的唇邊在張開時，始終緊貼填料函內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)靜密封。同樣在壓力作用下，填料內(nèi)圈的唇邊在張開時，始終緊貼閥桿保證動密封，這樣即使閥桿上下運(yùn)動，同樣都能保證密封性。
(3)四氟-石墨填料：通過加入部分玻璃纖維、石墨、二硫化鉬，以提高聚四氟乙烯抗蠕變和導(dǎo)熱性能，但硬度變大，耐腐蝕能力下降，密封性能下降。
2.2 柔性石墨
柔性石墨材料屬于非纖維質(zhì)材料，它是把天然鱗片石墨中的雜質(zhì)除去。再經(jīng)強(qiáng)氧化混合酸處理后成為氧化石墨。氧化石墨受熱分解放出二氧化碳，體積急劇膨脹，變成了質(zhì)地疏松、柔軟而又有韌性的柔性石墨。是一種壽命長、密封性能好的材料。
2.2.1 特點(diǎn)
(1)有優(yōu)異的耐熱性和耐寒性。柔性石墨從-250℃度的超低溫到+600℃度高溫，其物理性質(zhì)幾乎沒有什么變化；
(2)有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性。柔性石墨除在硝酸、濃硫酸等強(qiáng)氧化性介質(zhì)中有腐蝕外，在其他酸、堿和溶劑中幾乎沒有腐蝕；
(3)有良好的自潤滑性。柔性石墨同天然石墨一樣，當(dāng)受外力作用，容易產(chǎn)生滑動，因而具有自潤滑性，密封性能好；
(4)因其多孔因其多孔疏松而又卷曲，故其回彈性柔韌性好。當(dāng)軸或軸套因制造、安裝等存在偏心而出現(xiàn)徑向圓跳動時，具有足夠的浮動性能，即使石墨出現(xiàn)裂紋，也能很好密合，從而保證帖合緊密，防止泄漏。
2.2.2 石墨填料種類
(1)絲狀或編織狀：這種填料彈性好更能包住閥桿并凈化閥桿表面。編織狀石墨填料可克服其他類型石墨填料由于磨損而造成的泄漏，但編織狀石墨填料由于絲狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致空隙，從而易滲透。
(2)片狀石墨：用若干片石墨板壓制而成的填料環(huán)，其紋理和閥桿表面相垂直，形成方形斷面，因此流體不易滲透，但它也減少了軸向壓力與徑向壓力的比值，需用更大的壓緊力才能密封。
(3)彎片狀石墨：其紋理與閥桿軸向平行，用若干個石墨片加工而成。彎片狀石墨在壓制時的壓力比它工作時的壓力高得多，因此它在填料函中不會再收縮。高溫時由其原理可知容易滲透。但由于加工容易，價格低廉，目前被廣泛采用。
3 填料泄漏的主要原因
控制閥在現(xiàn)場實(shí)際使用中發(fā)生填料泄漏的原因多種的樣，在現(xiàn)場維護(hù)應(yīng)針對閥門的實(shí)際使用情況進(jìn)行具體分析、判斷，進(jìn)而從根本上消除泄漏產(chǎn)生的原因，解決安全隱患。根據(jù)發(fā)生泄漏的規(guī)律，歸納起來主要原因有以下幾種：
(1)填料材質(zhì)、類型選用不妥：如在150℃-200℃工況選用四氟填料，填料在臨界工況下長時間工作會發(fā)生微小蠕變，受高壓介質(zhì)作用填料密封性能下降；又如液氨、焦油、燃料等滲透性強(qiáng)的介質(zhì)選用了織狀型填料，這些情況受高溫高壓介質(zhì)影響，易產(chǎn)生泄漏。
(2)填料安裝方法不當(dāng)：填料裝入填料函后，經(jīng)壓蓋對其施加軸向壓力，由于填料的塑性，使其產(chǎn)生徑向力，并與閥桿緊密接觸，如填料在安裝中上緊下松，受力不勻，使這種接觸非常不均勻，有的部分接觸松，甚至沒接觸上，造成填料泄漏。
(3)控制閥在使用過程中，閥桿同填料之間存在著相對運(yùn)動，這個運(yùn)動叫軸向運(yùn)動。使用過程中，隨著高溫、高壓和滲透性強(qiáng)的流體介質(zhì)的影響，控制閥填料函也是發(fā)生泄漏現(xiàn)象較多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏，對于紡織填料還會出現(xiàn)滲漏(壓力介質(zhì)沿著填料纖維之間的微小縫隙向外泄漏)。閥桿與填料間的界面泄漏是由于填料接觸壓力的逐漸衰減，填料自身老化、失去彈性等原因引起的，這時壓力介質(zhì)就會沿著填料與閥桿之間的接觸間隙向外泄漏。
(4)控制閥頻繁動作、閥桿彎曲、磨損、腐蝕、光潔度下降造成填料磨損而泄漏。
(5)控制閥在使用工況發(fā)生變化，如在裝置開車升溫過程中，控制閥有冷態(tài)到熱態(tài)過程中，熱態(tài)介質(zhì)變化大，閥桿受熱膨脹作用影響，使填料間隙變大，填料泄漏嚴(yán)重。
(6)填料壓蓋不緊，偏斜，或控制閥臥式安裝，會造成閥桿與填料接觸不好，間隙過大或過小。
4 防止填料泄漏對策
(1)為使填料裝入方便，在填料函頂端倒角，在填料函底部放置耐沖蝕的間隙適當(dāng)?shù)慕饘俦Ｗo(hù)環(huán)(與填料的接觸面不能為斜面)，以防止填料被介質(zhì)壓力推出。
(2)提高閥桿和填料函表面精度、光潔度。如果各種可動部件之間的摩擦系數(shù)之和為零，則作用在填料壓蓋的力就能均勻地傳遞到整個填料上，無任何衰減。可實(shí)際摩擦力總和是存在的，不可能為零，作用在填料上的徑向力就隨著距壓蓋距離增減而減少，摩擦力越大，壓力衰減越大。被密封的壓力一旦超過填料上的作用力，就開始泄漏。因此在維修時閥桿與填料函不能有劃痕、點(diǎn)蝕和磨損，光潔度要好。
(3)選用合適的材料，必須具有抵抗溫度變化的能力，有抗蠕變，抗松弛及抗氧化的能力。一般情況下，條件滿足優(yōu)先選用四氟，不滿足時選石墨。也可以選用混合填料：一是石墨填料和四氟填料混合使用；二是O型環(huán)和V型填料混合使用。滲透性強(qiáng)的介質(zhì)可選用石墨填料。
(4)裝填料時，應(yīng)一圈一圈加，并用壓具逐一壓緊，壓牢，使填料受力均勻。開口填料應(yīng)上下錯開90°或120°放置，填料加入圈數(shù)應(yīng)以沒有外漏為適宜。加少了填料壓蓋會進(jìn)入填料函中，易造成泄漏。
(5)對于彈簧作用作用的聚四氟乙烯填料，壓蓋螺絲應(yīng)均與對稱擰緊，不能偏斜。其他類型填料不必要擰得太緊，以不漏為止。
(6)新閥或剛檢修的控制閥在投用后，應(yīng)檢查填料有無泄漏，如有泄漏要及時處理，以防填料泄漏越來越大。
5 使用中應(yīng)注意的問題
(1)成型填料切斷時用45°切口，安裝時每圈切口相錯90°或120°。
(2)在高壓下使用聚四氟乙烯成型填料，要注意冷流特性。
(3)柔性石墨環(huán)單獨(dú)使用，密封效果不好，應(yīng)與石墨編織填料組合使用。
(4)石墨填料不能用于強(qiáng)氧化劑，如濃硫酸、濃硝酸等介質(zhì)。
(5)填料函的尺寸精度、表面粗糙度，閥桿尺寸精度和表面粗糙度，是影響成型填料密封性的關(guān)鍵。
6 結(jié)束語
在多年的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，控制閥發(fā)生填料泄漏原因多種多樣，只要我們勤于觀察、對泄漏產(chǎn)生的原因認(rèn)真分析，填料泄漏的問題還是能夠消除的；但是也應(yīng)該看到，有些控制閥產(chǎn)生填料泄漏的原因比較復(fù)雜、泄漏的因素較多，還需要在今后的實(shí)踐工作中不斷分析、探索。
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