控制阀填料泄漏原因及解决对策

2016-09-29

摘 要：介绍控制阀填料泄漏产生原因，分析及根据产生原因的不同采取相应的对策，同时介绍了不同填料的适用场合，根据使用工况及环境的不同，合理的选用合适的填料，以减少调节阀泄漏的可能。

1 引言

控制阀是自动控制系统的终端控制元件之一，由于化工装置中，存在许多高温、高压工况，有些介质具有较强的腐蚀性和毒性，且易燃易爆，当阀门填料泄漏时，不仅造成原材料的浪费，而且对环境也会造成严重污染，甚至引起火灾、爆炸、中毒等危害生命的安全事故。因此，控制阀填料泄漏问题应引起足够的重视，在设计选型中合理选用密封填料是非常重要的。针对控制阀的填料密封，结合多年的工作经验和相关资料，通过对控制阀填料函结构形式分析，介绍聚四氟乙烯和柔性石墨填料的特性及应用场合，并对合理地选择控制阀的填料进行简单介绍。

2 控制阀填料作用和分类

控制阀阀门部分由阀的内件和阀体组成，阀的内件包括阀芯、阀杆、填料函和上阀盖等，其中填料函部件用于对阀杆的密封，是用弹性方法防止工艺介质通过往复式或转动式运动而在阀杆表面产生泄漏，它是阀体不可分割的一部分，阀门的阀杆密封几乎都是利用填料函来实现的。

控制阀填料是动密封的填充材料，一般装在上阀盖的填料函中，其作用是阻止被控介质因阀杆运动而引起的泄漏。

常用的填料按材质主要分为两大类：聚四氟乙烯和柔性石墨。

2.1 聚四氟乙烯（PTFE）

聚四氟乙烯（PTFE）是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力。其抗腐蚀能力甚至超过了玻璃、陶瓷，即使对强酸、强碱、强氧化剂也有很好的抗腐蚀能力，是一种理想的密封材料。但其耐温性能差，聚四氟乙烯在200°以上开始极微量的裂解，受压、受热一蠕变，而影响密封性能，且不适用于熔融的碱液或氟化物场合。常用的聚四氟乙烯填料有：

（1）聚四氟乙烯成型织装填料：它是采用聚四氟乙烯散装编织压制而成，是一种开口材料，柔韧性好，持久耐用，密封效果好，更换方便，是应用最广泛的一种材料。

（2）V型聚四氟乙烯填料：一般用聚四氟乙烯棒料车削加工而成，填料结构呈V型，在两端压紧情况下，由于聚四氟乙烯的摩擦系数小，有润滑作用，密封性能好等优点。V型填料环的特点是：在阀内介质的压力作用下，填料外圈的唇边在张开时，始终紧贴填料函内壁，实现静密封。同样在压力作用下，填料内圈的唇边在张开时，始终紧贴阀杆保证动密封，这样即使阀杆上下运动，同样都能保证密封性。

（3）四氟－石墨填料：通过加入部分玻璃纤维、石墨、二硫化钼，以提高聚四氟乙烯抗蠕变和导热性能，但硬度变大，耐腐蚀能力下降，密封性能下降。

2.2 柔性石墨

柔性石墨材料属于非纤维质材料，它是把天然鳞片石墨中的杂质除去。再经强氧化混合酸处理后成为氧化石墨。氧化石墨受热分解放出二氧化碳，体积急剧膨胀，变成了质地疏松、柔软而又有韧性的柔性石墨。是一种寿命长、密封性能好的材料。

2.2.1 特点

（1）有优异的耐热性和耐寒性。柔性石墨从-250℃度的超低温到+600℃度高温，其物理性质几乎没有什么变化；

（2）有优异的耐化学腐蚀性。柔性石墨除在硝酸、浓硫酸等强氧化性介质中有腐蚀外，在其他酸、碱和溶剂中几乎没有腐蚀；

（3）有良好的自润滑性。柔性石墨同天然石墨一样，当受外力作用，容易产生滑动，因而具有自润滑性，密封性能好；

（4）因其多孔因其多孔疏松而又卷曲，故其回弹性柔韧性好。当轴或轴套因制造、安装等存在偏心而出现径向圆跳动时，具有足够的浮动性能，即使石墨出现裂纹，也能很好密合，从而保证帖合紧密，防止泄漏。

2.2.2 石墨填料种类

（1）丝状或编织状：这种填料弹性好更能包住阀杆并净化阀杆表面。编织状石墨填料可克服其他类型石墨填料由于磨损而造成的泄漏，但编织状石墨填料由于丝状结构导致空隙，从而易渗透。

（2）片状石墨：用若干片石墨板压制而成的填料环，其纹理和阀杆表面相垂直，形成方形断面，因此流体不易渗透，但它也减少了轴向压力与径向压力的比值，需用更大的压紧力才能密封。

（3）弯片状石墨：其纹理与阀杆轴向平行，用若干个石墨片加工而成。弯片状石墨在压制时的压力比它工作时的压力高得多，因此它在填料函中不会再收缩。高温时由其原理可知容易渗透。但由于加工容易，价格低廉，目前被广泛采用。

3 填料泄漏的主要原因

控制阀在现场实际使用中发生填料泄漏的原因多种的样，在现场维护应针对阀门的实际使用情况进行具体分析、判断，进而从根本上消除泄漏产生的原因，解决安全隐患。根据发生泄漏的规律，归纳起来主要原因有以下几种：

（1）填料材质、类型选用不妥：如在150℃－200℃工况选用四氟填料，填料在临界工况下长时间工作会发生微小蠕变，受高压介质作用填料密封性能下降；又如液氨、焦油、燃料等渗透性强的介质选用了织状型填料，这些情况受高温高压介质影响，易产生泄漏。

（2）填料安装方法不当：填料装入填料函后，经压盖对其施加轴向压力，由于填料的塑性，使其产生径向力，并与阀杆紧密接触，如填料在安装中上紧下松，受力不匀，使这种接触非常不均匀，有的部分接触松，甚至没接触上，造成填料泄漏。

（3）控制阀在使用过程中，阀杆同填料之间存在着相对运动，这个运动叫轴向运动。使用过程中，随着高温、高压和渗透性强的流体介质的影响，控制阀填料函也是发生泄漏现象较多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏，对于纺织填料还会出现渗漏（压力介质沿着填料纤维之间的微小缝隙向外泄漏）。阀杆与填料间的界面泄漏是由于填料接触压力的逐渐衰减，填料自身老化、失去弹性等原因引起的，这时压力介质就会沿着填料与阀杆之间的接触间隙向外泄漏。

（4）控制阀频繁动作、阀杆弯曲、磨损、腐蚀、光洁度下降造成填料磨损而泄漏。

（5）控制阀在使用工况发生变化，如在装置开车升温过程中，控制阀有冷态到热态过程中，热态介质变化大，阀杆受热膨胀作用影响，使填料间隙变大，填料泄漏严重。

（6）填料压盖不紧，偏斜，或控制阀卧式安装，会造成阀杆与填料接触不好，间隙过大或过小。

4 防止填料泄漏对策

（1）为使填料装入方便，在填料函顶端倒角，在填料函底部放置耐冲蚀的间隙适当的金属保护环（与填料的接触面不能为斜面），以防止填料被介质压力推出。

（2）提高阀杆和填料函表面精度、光洁度。如果各种可动部件之间的摩擦系数之和为零，则作用在填料压盖的力就能均匀地传递到整个填料上，无任何衰减。可实际摩擦力总和是存在的，不可能为零，作用在填料上的径向力就随着距压盖距离增减而减少，摩擦力越大，压力衰减越大。被密封的压力一旦超过填料上的作用力，就开始泄漏。因此在维修时阀杆与填料函不能有划痕、点蚀和磨损，光洁度要好。

（3）选用合适的材料，必须具有抵抗温度变化的能力，有抗蠕变，抗松弛及抗氧化的能力。一般情况下，条件满足优先选用四氟，不满足时选石墨。也可以选用混合填料：一是石墨填料和四氟填料混合使用；二是O型环和V型填料混合使用。渗透性强的介质可选用石墨填料。

（4）装填料时，应一圈一圈加，并用压具逐一压紧，压牢，使填料受力均匀。开口填料应上下错开90°或120°放置，填料加入圈数应以没有外漏为适宜。加少了填料压盖会进入填料函中，易造成泄漏。

（5）对于弹簧作用作用的聚四氟乙烯填料，压盖螺丝应均与对称拧紧，不能偏斜。其他类型填料不必要拧得太紧，以不漏为止。

（6）新阀或刚检修的控制阀在投用后，应检查填料有无泄漏，如有泄漏要及时处理，以防填料泄漏越来越大。

5 使用中应注意的问题

（1）成型填料切断时用45°切口，安装时每圈切口相错90°或120°。

（2）在高压下使用聚四氟乙烯成型填料，要注意冷流特性。

（3）柔性石墨环单独使用，密封效果不好，应与石墨编织填料组合使用。

（4）石墨填料不能用于强氧化剂，如浓硫酸、浓硝酸等介质。

（5）填料函的尺寸精度、表面粗糙度，阀杆尺寸精度和表面粗糙度，是影响成型填料密封性的关键。

6 结束语

在多年的现场实际应用中，控制阀发生填料泄漏原因多种多样，只要我们勤于观察、对泄漏产生的原因认真分析，填料泄漏的问题还是能够消除的；但是也应该看到，有些控制阀产生填料泄漏的原因比较复杂、泄漏的因素较多，还需要在今后的实践工作中不断分析、探索。