閥門盤(pán)根的做法

曉昀

        逸散性泄漏防控的范圍既包括揮發(fā)性有害物質(zhì)泄漏——防止污染環(huán)境，也包括蒸汽和其它低溫惰性介質(zhì)泄漏——防止生產(chǎn)效率降低。從根源上防止泄漏,，應(yīng)該說(shuō)是不二之選。具體而言,，需要精心設(shè)計(jì)殼體,，合理選擇盤(pán)根材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，以及正確的安裝,。
通常填料函內(nèi)可容納四至六個(gè)盤(pán)根環(huán),，而閥桿的密封元件，少則一至二個(gè),，多則如升桿結(jié)構(gòu)那樣,，可能有七個(gè)盤(pán)根環(huán)。盤(pán)根環(huán)可以采用編繩法或模壓成型法制造,。編繩法制造的盤(pán)根材料,，可以按照心軸/閥桿的圓周長(zhǎng)度切割成段，切口呈45?（斜接）或90?（垂直）,。


         推薦采用斜接法,，因?yàn)樵谳S向載荷的作用下能獲得更好的端面結(jié)合效果。必須注意,，每個(gè)盤(pán)根環(huán)必須完整環(huán)繞心軸/閥桿的整個(gè)圓周,；最好的狀態(tài)是，盤(pán)根環(huán)外側(cè)與填料函內(nèi)壁間的緊密度,，高于盤(pán)根環(huán)內(nèi)側(cè)與閥桿間的緊密度,。如果切口處的盤(pán)根繩頭過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致堆疊，或者過(guò)短導(dǎo)致空缺,，都會(huì)導(dǎo)致盤(pán)根環(huán)密度不均勻,，成為潛在的泄漏路徑。


壓縮和載荷


        安裝盤(pán)根時(shí),，必須依次將各個(gè)盤(pán)根環(huán)安裝到位，直到完成全套盤(pán)根組,。如此可確保軸向應(yīng)力分布均勻，并降低摩擦力和泄漏率,，降低甚至避免將來(lái)更換盤(pán)根或重新緊固壓蓋的需求,，從而延長(zhǎng)盤(pán)根組的使用壽命。

                                                                                                                                                                                        圖 1


        反之如果一次性安裝一套五個(gè)盤(pán)根環(huán),，那么最靠近壓蓋隨動(dòng)件的頂端盤(pán)根環(huán)受到的載荷最大,，但最貼近工藝介質(zhì)的最底層盤(pán)根環(huán)受到的載荷很小，甚至可以忽略不計(jì),。原因是盤(pán)根環(huán)會(huì)降低軸向載荷,，底層盤(pán)根環(huán)阻止介質(zhì)泄漏的效果就會(huì)變差，無(wú)論其是切割纏繞還是模壓成型盤(pán)根,。還有一種情況是對(duì)盤(pán)根環(huán)頂端施加的載荷過(guò)大,，導(dǎo)致閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力過(guò)大，甚至損壞盤(pán)根組（圖1）,。從一些數(shù)據(jù)可以看出,，如果安裝作業(yè)正確規(guī)范，盤(pán)根組在經(jīng)歷100次機(jī)械循環(huán)后,，應(yīng)力松弛的程度最高不超過(guò)20%,。但如果安裝不正確，應(yīng)力甚至?xí)�減少60%左右,，以至密封性能不再可靠,。


溫度限制


          只有在特定溫度范圍內(nèi)，盤(pán)根和密封材料才能有最佳性能表現(xiàn),。例如,，聚四氟乙烯(PTFE)的溫度范圍大約是零下101℃和232℃之間。如果應(yīng)用于溫度更高的環(huán)境,，它的分子結(jié)構(gòu)就有可能改變,，導(dǎo)致有害氣體泄漏，進(jìn)而使閥桿發(fā)生腐蝕,，甚至導(dǎo)致有毒的聚四氟乙烯煙氣從壓蓋隨動(dòng)件頂端逸出,。


         此類煙氣甚至可能具有致癌性。此外隨著煙氣釋放,，盤(pán)根材質(zhì)會(huì)軟化,，重量會(huì)減輕，并導(dǎo)致有害工藝介質(zhì)泄漏,，或是產(chǎn)品泄漏,。如果采用的是柔性石墨,，適用的溫度范圍自然不同。在氧化氣氛中,，一般是零下196℃和450℃之間,。


        綜合考慮材質(zhì)特性，例如灰分,、氯化物,、硫、氟化物及其它鹵素化合物的含量,，以及制造商提供的氧化質(zhì)量損失信息,，可以判斷出石墨盤(pán)根最高可在450℃環(huán)境中可靠防止逸散泄漏，在不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)的蒸氣工況中,，最高能承受650℃,。柔性石墨和聚四氟乙烯(PTFE)都廣泛適用于PH值0-14的各種介質(zhì)；石墨材質(zhì)在有些情況下還適用于火災(zāi)安全密封,。




危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估


        開(kāi)始安裝盤(pán)根前,，應(yīng)該先進(jìn)行全面的危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先要妥善隔離閥門,，確保安全施工,。操作人員應(yīng)按規(guī)定穿戴防護(hù)服和護(hù)目鏡,。用盤(pán)根清理工具將填料函中的舊盤(pán)根全部清除干凈（圖2）,。

                                                                                                                                                           圖 2



           用檢修鏡仔細(xì)檢查閥桿是否有點(diǎn)蝕和劃傷，并確保舊盤(pán)根已被徹底清除干凈,。必要時(shí)進(jìn)行翻新,。然后測(cè)量閥桿外徑、填料函內(nèi)徑和填料函空腔深度,，以便準(zhǔn)確計(jì)算盤(pán)根尺寸,。

圖 3



         盤(pán)根環(huán)半徑的計(jì)算公式是((OD-ID)/2)，接著計(jì)算出多少層盤(pán)根環(huán)的厚度,，能和填料函空腔深度相匹配,。可將盤(pán)根材料圍繞在直徑和閥桿相同的心軸上,，垂直切割（沿徑向）,；也可以用盤(pán)根專用切割工具斜切。需要謹(jǐn)慎避免沿長(zhǎng)度方向拉伸盤(pán)根材料,，亦要避免其受擠壓導(dǎo)致橫截面變形,。同樣需要注意的是，切割面必須整齊利落,，切面上不可以有雜質(zhì)或碎屑,。

                                                                                                                                                              圖5

各自獨(dú)立的盤(pán)根環(huán)


         絕不能用繞線圈的方式將盤(pán)根材料裝滿填料函,，而是用專用切割工具切割盤(pán)根編織材料，并制成獨(dú)立的盤(pán)根環(huán),，切口呈45?（斜接）（見(jiàn)圖6）,，這樣可以利用載荷獲得更好的端面結(jié)合效果。
需要查看每個(gè)盤(pán)根環(huán)的大小是否剛好匹配填料函,；每個(gè)環(huán)的接口都妥善對(duì)接,，而且要最大限度和填料函內(nèi)壁緊密貼合，不可通過(guò)拉伸編織材料使其與內(nèi)徑相匹配,。后續(xù)安裝的所有盤(pán)根環(huán),，尺寸和切割方式都必須和第一個(gè)相同。


         預(yù)制成型盤(pán)根環(huán)非常普遍,，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)切割,，因此容易安裝。首先檢查閥門壓蓋螺栓,、螺母和墊片,，如有破損應(yīng)當(dāng)更換。螺栓和螺母都需涂潤(rùn)滑脂,。為了有效控制逸散泄漏,，必須要用扭矩扳手，并遵守盤(pán)根供應(yīng)商提供的操作規(guī)程,。




轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿


         填料函同樣也要確保清潔無(wú)雜質(zhì)和油脂,。將第一個(gè)盤(pán)根環(huán)放入填料函，留意接口的位置,，應(yīng)當(dāng)首先將接口部位塞入填料函,，然后再塞入盤(pán)根環(huán)的其余部分。如果是柔性石墨模壓盤(pán)根環(huán),，應(yīng)當(dāng)將每個(gè)環(huán)都拉伸成螺旋狀后（圖5）再安裝到位,，以避免盤(pán)根環(huán)損傷。每次安裝一枚盤(pán)根環(huán),，確保其已經(jīng)在填料函內(nèi)壓緊并坐實(shí)后,，方可安裝下一枚。如果壓蓋隨動(dòng)件的長(zhǎng)度不足以到達(dá)填料函底部,，則安裝盤(pán)根環(huán)時(shí)需要臨時(shí)工具或加長(zhǎng)環(huán)輔助,。

                                                                                                                                                                                           圖 6


           除非有明確規(guī)定，否則密封元件不可以潤(rùn)滑處理,。按照制造商提供的操作規(guī)范,，對(duì)安裝好的第一枚盤(pán)根環(huán)施加載荷。對(duì)下一枚盤(pán)根環(huán)重復(fù)同樣步驟,，每次僅限安裝一枚,。任何兩枚相鄰盤(pán)根環(huán)的各自接口,，必須分別在90?和180?的位置（圖6）。
安裝完成之后,，必須操作閥桿,，使閥門在開(kāi)、關(guān)位置循環(huán)三至十次,，以便確保盤(pán)根組妥善坐實(shí),。在此過(guò)程中，盤(pán)根組會(huì)發(fā)生一定程度的松弛,，因此完成開(kāi)關(guān)操作后,，應(yīng)當(dāng)按照制造商提供的參數(shù)重新緊固，以便有充足裕度抵消將來(lái)發(fā)生的松弛,。同理,，閥門按照正常工況投入使用后，應(yīng)對(duì)盤(pán)根組進(jìn)行最后一次緊固,，為將來(lái)發(fā)生的應(yīng)力松弛儲(chǔ)備足夠裕度,。




避免泄漏


         如果正確安裝盤(pán)根，由軸向應(yīng)力轉(zhuǎn)化為徑向應(yīng)力時(shí)的衰減就會(huì)降低,。這有助于盤(pán)根在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持可靠的密封性能,，以及合理的摩擦載荷分布。在此基礎(chǔ)上,，閥門的逸散泄漏密封性能,，乃至生產(chǎn)效率都會(huì)顯著提高。


         二十世紀(jì)70年代,，如果閥門盤(pán)根每分鐘泄漏若干滴液體,，還是可以被接受的,。當(dāng)前時(shí)代,，政府的立法導(dǎo)向是要消除泄漏，并且出臺(tái)了相關(guān)監(jiān)管法規(guī),、規(guī)程,，用于查找、降低和控制閥門逸散泄漏,。此外,，制造商和終端用戶都要求閥門順利通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)，比如ISO15848-1,、API 624和API 641,。


        正確的盤(pán)根安裝規(guī)程是決定密封性能合格與否的要素之一。而密封性能則是判斷閥門供應(yīng)商的價(jià)值是否超越同行的重要標(biāo)志,。