蒸汽消防管网蝶阀辅助密封故障诊断与分析

    普光天然气净化厂蒸汽消防管网106A蝶阀自安装投入后，填料密封一直处于泄漏状态，泄漏流量达到20%。现场拧紧填料压盖螺栓后，填料密封泄漏量没有改变，存在严重的安全隐患，因此蝶阀的密封急需改造。

    2 填料密封泄漏的原因分析

    蝶阀示意图如图1所示。首先是填料密封组装时预紧力不够。填料盘根在安装过程中，没有一个一个地压紧，造成填料盘根内松外紧，由于热空气的气流冲压，蝶阀运行一段时间后，自然造成密封泄漏。其次是填料密封材质选用不合理，导致高温状态下密封被碳化使密封泄漏。

1.刻度针2，6.支撑轴承3，5.填料密封4.蝶阀7.联轴器

8.支架9.手动执行机构10.轴承箱

图1 蝶阀示意图

    3 问题的解决

    3.1 改造的基本情况

    在原来设备结构的基础上进行仔细测量、计算和设计，并进行填料密封改造。如图2，蝶阀填料密封改造是采用主密封加辅助密封的形式，原来两道填料密封为主密封，前后轴承箱前均增加的一道密封为辅助密封；主密封泄漏之后，辅助密封可对蝶阀进行再次密封。将支架A上方盖板点焊死，构成密闭空间。

1.蝶阀2.填料密封3.辅助密封组件4.轴承箱5.支撑轴承

6.联轴器7.支架8.手动执行机构

图2

    辅助密封的改造采用四道静态O型圈密封和碳纤维、高温柔性石墨盘根、压环等组成的组合式填料密封。辅助密封组装示意图见图3。    

1，6，8.径向O型圈 2.轴向O型圈

3.柔性石墨环 4.密封腔 5.碳纤维环 7.压环

图3 辅助密封组装示意图    

    3.2 填料密封腔设计

    3.2.1 选择基准面

    厂家原来设计时，轴承箱与支架连接无止口和定位销定位，而靠螺栓直接连接。改后选择辅助密封腔与支架接触面为基准面，螺栓中心距不变，通过双头螺栓将密封腔的一端固定，另一端与轴承箱连接，有效地解决了因盘根比较软，无法将盘根压到位和辅助盘根箱端面无法密封造成泄漏等问题（见图4）。

图4

    3.2.2 填料密封腔测绘

    （1）填料密封腔外径Φ的确定

    根据现场测量，计算出蝶阀拉杆到支架的最大直径Φ_max。Φ_max=2H+75，由图1可知，H=100，即：Φ_max=2×100+75=275mm。

    根据现场实际情况，确定填料密封腔外径Φ=250mm。

    （2）辅助盘根箱的长度L的确定

    因蝶阀要在运行状态中进行改造，只能将辅助密封腔和压环设计成上下两半结构才能进行装配，现场测量支架A端面到联轴器的轴向最大距离为100mm。

    辅助密封腔上下两半中分面通过锥销定位，4个中分螺栓固定，两半压环用2个内六角螺栓固定成圆。通过设计和实际计算，压环最小厚度S=22mm。

    由此可计算出辅助盘根箱的最大长度L_0max=L_max-S，由图1可知L_max=100。

    即L_0max=100-22=78mm。考虑到装配空间，最终确定辅助盘根箱的长度L=66mm。

    表1为O型密封圈用沟槽尺寸及压缩量。

    （3）辅助密封O型圈实际压缩率的校验

表1 O型密封圈用沟槽尺寸及压缩量         /mm

    注：a为沟槽的高度；b为沟槽的宽度；R为沟槽的倒角处    

    O型圈的压缩率W=（d₀-h）/d₀×100%。圆柱静密封装置一般取W=10%～15%；平面静密封装置取W=15%～30%。

    O型圈2的实际压缩率W。根据图3，O型圈2设计的规格：130×3.1-G-N（GB/T3452.1-2005），130为内径，3.1为断面直径，G为系列，N为等级，可知：d₀=3.1；h=2.2，则W=3.1-2.2/3.1×100%=29%O型圈1、8的实际压缩率W。根据图3，O型圈2设计的规格：75×3.1-G-N（GB/T3452.1-2005），75为内径，3.1为断面直径，G为系列；N为等级，已知：d₀=3.1；拉杆直径Φ=75mm，可知h=（80.4-75）/2=2.7，则：W=3.1-2.7/3.1×100%=13%

    O型圈6的实际压缩率W。根据O型圈2设计的规格：75×3.1-G-N（GB/T3452.1-2005），75为内径，3.1为断面直径，G为系列，N为等级，已知：d₀=3.1，轴承箱内径Φ=101mm；可知：h=（101-95.6）/2=2.7，则W=3.1-2.7/3.1×100%=13%

    （4）盘根数量的确定

    根据辅助密封的轴向长度L，计算出填料盘根的最大数量N_max=（L-S-8）/D。D为单根盘根截面厚度，D=13，已知：L=66mm，S=22mm，则：N_max=（66-22-8）/13≤3（根），因此最多可安装填料盘根3根。

    3.2.3 填料密封的材料选择

    由于热空气的温度高达150℃，静态O型圈应采用氟橡胶，填料密封采用柔性石墨环和碳纤维环。

    4 结语

    通过分析处理，有效地解决了蝶阀泄漏问题，改造一年半后，蝶阀密封一直运行正常，无泄漏，保证了蝶阀安全平稳运行，取得了较好的效果，同时为其它蝶阀、滑阀等类似阀的密封改造提供了宝贵经验。

    建议：辅助密封腔与轴承箱通过螺栓连接成整体后，拉杆温度直接传递到轴承箱和轴承造成轴承温度偏高，建议在轴承箱处加一道风管线，通过冷风降低轴承箱和轴承的温度。