控制閥的應(yīng)用原理、密封法介紹

1、引言

控制閥是自動(dòng)控制系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，猶如人的手和腳。控制閥調(diào)節(jié)流體流量，克服干擾來(lái)保證被控變量達(dá)到給定的工藝指標(biāo)。控制閥的閥部分由閥的內(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。上閥蓋和填料函用于對(duì)閥桿密封和對(duì)閥桿進(jìn)行導(dǎo)向，防止工藝介質(zhì)沿控制閥門(mén)的閥桿這個(gè)可動(dòng)部件向外泄漏，它是閥體不可分割的一部分。

常規(guī)的上閥蓋結(jié)構(gòu)形式一般有四種：普通型、散熱片型、長(zhǎng)頸型和波紋管密封型。材質(zhì)一般有鑄鐵、鑄鋼和不銹鋼，填料函一般為聚四氟乙烯或柔性石墨。

典型的控制閥的閥蓋由與閥體相同的材料或等效的材料制成。閥蓋承受與閥體相同的溫度和腐蝕性影響，閥桿密封在經(jīng)過(guò)幾百次的循環(huán)動(dòng)作之后，就會(huì)磨損，在工程應(yīng)用中，流體壓力也會(huì)導(dǎo)致密封磨損；填料的選擇也是一個(gè)問(wèn)題，填料選擇不當(dāng)，控制閥的摩擦力增大而導(dǎo)致控制閥死區(qū)增大或者很容易使閥桿密封失效。

因此，選擇控制閥，除了閥體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、口徑計(jì)算外，還應(yīng)根據(jù)控制流體的壓力、溫度、壓差、流體的性質(zhì)，合理選擇上閥蓋的結(jié)構(gòu)形式和填料函，以防止流體沿著控制閥閥桿泄漏出來(lái)，即應(yīng)充分考慮閥桿密封的性能和使用壽命。這在工程設(shè)計(jì)中顯得非常重要。

在強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝流體中，控制閥一般不采用普通型、散熱片型、長(zhǎng)頸型上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)榇朔N結(jié)構(gòu)形式的密封性能和使用壽命極為有限。作者曾在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)做過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，采用304不銹鋼直行程控制閥調(diào)節(jié)濃硝酸和濃硫酸混酸流量，使用聚四氟乙烯填料密封結(jié)構(gòu)，不到一個(gè)月經(jīng)過(guò)600次左右的全行程的控制閥閥桿的上下運(yùn)動(dòng)，聚四氟乙烯填料密封即完全被破壞。在強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝條件下，一旦閥桿密封被破壞，強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝介質(zhì)從控制閥閥桿中泄漏出來(lái)，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境和人身安全帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

采用波紋管密封型形式是解決上述問(wèn)題的一個(gè)途徑。波紋管一般由不銹鋼做成。這種特殊的閥蓋結(jié)構(gòu)保護(hù)控制閥的填料函避免和流體接觸，一旦波紋管破裂，在波紋管上面的填料函結(jié)構(gòu)會(huì)防止波紋管破裂失效時(shí)產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。在工程實(shí)際中，波紋管密封形式的選擇應(yīng)充分考慮波紋管密封的壓力的額定值會(huì)隨溫度的增高而降低，流體中不能有固體的顆粒存在，及波紋管材料的最長(zhǎng)循環(huán)動(dòng)作壽命等。在不銹鋼不耐某些工藝介質(zhì)腐蝕的強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)所，如工藝介質(zhì)為濕氯氣時(shí)，濕氯氣中含有的微量鹽酸會(huì)使不銹鋼波紋管很快被腐蝕，則控制閥閥桿不能采用波紋管密封的形式。

在這種情況下，正確地選擇似乎是采用隔膜控制閥。隔膜控制閥采用了耐腐蝕的襯里和耐腐蝕隔膜，不用填料，可以完全避免腐蝕性介質(zhì)向外泄漏，但其流量特性不是很好，且受隔膜襯里的限制，耐壓、耐溫性能較差，最致命的是耐腐蝕隔膜片會(huì)由于上下折疊而造成疲勞損壞，壽命很短，一旦耐腐蝕隔膜片破裂，強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)和有毒有害的工藝介質(zhì)會(huì)同樣從裂口處泄漏出來(lái)，因此，隔膜控制閥的使用受到了很大限制。

因此，在強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)、有毒有害的工藝條件下，尋找一種可靠、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的控制閥上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)形式是保證控制閥可靠工作從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的關(guān)鍵。

2、控制閥閥桿的新型密封方法

硝化棉硝化工序即濃硝酸和濃硫酸混酸和棉纖維反應(yīng)生成硝化棉，控制濃硝酸和濃硫酸混酸流量和棉纖維量的比例是保證硝化棉產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在硝化棉硝化工序自控系統(tǒng)的改造中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的閥桿密封方式，成功地解決了調(diào)節(jié)濃硝酸和濃硫酸混酸流量控制閥的閥桿密封問(wèn)題。法蘭球閥

在聚四氟乙烯填料密封的上方，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)空腔，并且給這個(gè)空腔中通入惰性氣體(如氮?dú)�，也可以是空�?，并且要求惰性氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質(zhì)的最高壓力。這樣，控制閥在使用過(guò)程中，即使控制閥的聚四氟乙烯填料密封被破壞，由于氣體的壓力要稍高于管道中工藝介質(zhì)的最高壓力，強(qiáng)腐蝕、易揮發(fā)、有毒有害的氣體也無(wú)法泄漏出來(lái)。為保證空腔中氣體的壓力穩(wěn)定，防止氣體沿閥桿上下串氣，在空腔的下部，把聚四氟乙烯填料分割為上下兩部分，在中間加一不銹鋼隔墊，將氟橡膠O型密封圈嵌入不銹鋼隔墊內(nèi)，隔墊上下用聚四氟乙烯填料將其夾緊�？涨簧喜康拈y蓋中也嵌入氟橡膠O型密封圈，用螺栓將閥蓋壓緊。一般來(lái)講，氟橡膠O型密封圈的使用壽命是比較長(zhǎng)的，高達(dá)上百萬(wàn)次，只要氟橡膠O型密封圈的密封不被破壞，空腔中惰性氣體壓力會(huì)始終高于管道中工藝介質(zhì)的最高壓力，因此，這種控制閥閥桿的密封結(jié)構(gòu)形式是非�？煽康�，也很經(jīng)濟(jì)。

3、結(jié)束語(yǔ)

這種密封結(jié)構(gòu)的控制閥在2001年成功地用于某公司硝化工序自動(dòng)控制系統(tǒng)改造上，實(shí)現(xiàn)了硝化工序生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，控制閥運(yùn)行至今，從未發(fā)生過(guò)由于控制閥閥桿填料密封損壞而導(dǎo)致濃硝酸和濃硫酸混酸沿控制閥閥桿外泄事故。