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输气管道球阀密封原理分析与抱死故障的判断排除 赵家顺 赖 康 中石油北京天然气管道有限公司北京输气管理处 摘 要：球阀与比其他截断阀相比，因为结构简单、启闭迅速、流体阻力小、密封性能好、寿命长、可靠性高的特性，被更为广泛的应用于天然气管道中。本文通过分析球阀的密封结构与原理，结合现场实践成果，对球阀抱死故障的处理提出相应的解决方案，同时提出预防措施和建议。 关键词：输气 管道 球阀 密封原理 分析 抱死 故障 排除 一、球阀密封原理分析 球阀一般由静止件（阀体）与关闭件（球体）两部分组成，通过关闭件（球体）绕阀体中心线作90度旋转来开启、关闭阀门。球阀可分为固定轴式和浮动轴式球阀两种，我们这里主要讨论固定轴式球阀的结构及其密封原理。 球阀对气体介质的密封是靠球体与阀座密封圈紧密结合形成的软密封实现的。阀座密封原理随阀座结构不同而各有差异，主要可分为双活塞效应（DPE）和下游自泄放(SR) 两种。 下游自泄放设计球阀现主要用于液体管道，因此本文主要针对在气体管道中应用较广的双活塞效应（DPE）设计球阀进行分析。 双活塞效应Double Piston Effect (DPE)阀座结构与密封原理分析 在以下双活塞效应(DPE)密封结构示意图中，各作用力均描述如下： FF—阀座弹簧弹力 F△A—干线/阀腔压力对阀座作用合 FR—阀座所受合力 A—合力作用面积 由附图2.1与附图2.2可见，以双活塞效应结构(DPE)阀座为受力分析对象，干线压力与阀腔压力对阀座的作用力FR= FF+ F△A，所受合力FR方向始终指向阀座，即干线与阀腔压力均使阀座密封圈向球体压紧，始终实现球阀阀座良好密封。  附图2.1 Double Piston Effect (DPE)结构及密封原理示意图(干线压力对阀座作用力) 附图2.2 Double Piston Effect (DPE)结构及密封原理示意图(阀腔压力对阀座作用力) 球阀两个阀座均采用双活塞效应阀座结构设计，即为双活塞效应(DPE) 结构设计，它能够确保球阀两个阀座同时实现良好密封。对Grove B-5这类球体带有平衡孔的球阀而言，双活塞效应密封结构是必备的标准设计模式。鉴于双活塞效应结构的良好密封表现，近些年，许多阀门生产制造商都开始广泛使用类似于双密封的球阀设计结构。 在实际生产中，由于对DPE球阀维护不当或某些的DPE球阀设计规格或选取的密封圈材料不当，而这些 DPE优良的密封设计支持下成为了导致球阀抱死主要原因之一。 二、球阀抱死故障判断与排除 拆卸执行机构排除故障 拆卸执行机构排除故障 阀门不能正常操作 执行机构故障 阀座故障或异物卡阻 阀腔与干线压差过大 阀门操作恢复正常 排污咀检查阀腔带压 是 是 否 否 ?球阀抱死故障判断及排除流程图 使用注氮平压装置 多次清洗液浸泡、排污，若无效则须解体检修阀门 1、球阀抱死故障主要原因及判断方法： 步骤1：须首先打开传动齿轮箱判断是否由传动齿轮箱内发生严重锈蚀、轴承损坏或存在异物卡阻，导致阀门无法正常操作。若判定非此原因则进入下面步骤。 步骤2：对球阀进行排污操作，若阀腔内有气压，则可初步判断抱死原因为密封座卡阻。密封阀座正常应有0.003英寸的横向移动空间, 步骤3：对球阀排污，若腔内无气压，则判断为由阀腔与干线压差过大导致球阀抱死。阀腔与干线压差过大时，密封座压紧球面，操作扭矩过大，球阀抱死无法正常操作。 2、球阀抱死故障的排除 根据球阀密封原理、故障原因分析及球阀抱死故障实地成功排除经验，总结抱死故障排除方法如下： （1）传动齿轮箱故障：作为预防性维护，须每年定期打开齿轮箱，检查箱内传动机构润滑、防锈及部件完好情况，清理箱内污水、异物，并更换补充新鲜黄油，若轴承等部件损坏须及时更换，以确保传动机构工作状态良好，阀门操作顺畅。 （2）密封座卡阻故障：首先注入清洗液浸泡（浸泡时间可根据阀门注脂情况而定）、再经排污排出污物杂质，消除密封座卡阻；若经反复清洗、排污，阀门仍无法正常操作，可判断为密封座弹簧等部分异常，须拆卸解体阀门进行检修。 （3）阀腔与干线压差过大：一般首先注入清洗液浸泡后排污，清洗掉密封面原有密封脂，若阀门本身存在一定量内漏，则可实现阀腔与干线压力平衡；若故障仍存在，则考虑按照图3。1所示制作排污咀注气装置连接到球阀排污咀平衡阀腔与干线压差，消除抱死故障。这套平压装置结构简单易于制作，且效果明显，利用该套装置已成功解决我公司如大港站某厂12”球阀等其他多起阀门抱死故障。如图3.1机加连接件一端为快装接头，一端为配合排污咀接口规格的螺扣，建议工程师根据常见阀门排污咀接口规格制作一组机加连接件随时备用。 机加连接件连球阀排污咀接口控制阀连快装