当前位置： 操作装置 >> 操作装置资源 >> SMPO装置苯乙烯ABC反应器三偏心金属
一、问题概览
1、苯乙烯反应器ABC进出口管线共有切换隔离用三偏心金属密封蝶阀，装置开工后，陆续出现阀门关闭至小开度阀位就卡涩，甚至电动头过载，且出现不同程度的内漏，尤其时C反应器的KSV-1、KSV-2内漏过大，导致C反无法EBwash及持续运行。
2、KSV-1下线，初步检查发现：阀门在关闭状态下顶部密封面透光，阀板密封面与阀座密封面在顶部有比较严重的摩擦，阀板密封面顶部硬质合金脱落，阀座密封面摩擦损伤，边缘有切削下来的金属丝。除顶部摩擦外，其余位置无可见的摩擦损伤痕迹。阀板密封面喷涂的硬质合金层被挤压剪切脱落长约mm（见图1）。形成的透光缝隙（约0.75mm宽）及密封面边缘有多条挤压切削下来的金属丝（见图2）。
图1图23、KSV-2下线，初步检查发现：阀门在关闭状态基本上整圈密封面透光，塞尺测量密封面间隙为0.15mm~0.75mm（下部间隙0.75mm，左右两侧间隙0.3mm，顶部间隙0.15mm）；阀板密封面与阀座密封面在顶部有摩擦伤痕，且边缘有挤压切削下来的金属丝。阀座顶部密封面摩擦伤痕（见图3）。阀板密封面边缘有挤压切削下来的金属丝（见图4）。
图3图44、C反应器停用后，KSV-3阀门（热态）在关闭状态下操作员启动电动头试图开阀，在开度3%时电动头过载，人工继续手动开阀至开度5.4%后再也无法开启。之后一直处于关闭状态。KSV-3阀门（冷态）下线前，手动开阀无卡涩感，能正常打开阀门。下线后检查，阀板密封面与阀座密封面在顶部有比较严重的摩擦，阀板密封面顶部硬质合金脱落长约mm，阀座密封面摩擦损伤，表面金属层卷起，密封面顶部有透光缝隙。阀板密封面喷涂的硬质合金层被挤压剪切脱落长约mm（见图5），形成缝隙（约0.66mm宽）。阀座密封面摩擦损伤，表面金属层卷起（见图6）。
图5图65、KSV-2下线检查，阀板密封面与阀座密封面在顶部及底部有摩擦损伤痕迹，顶部摩擦伤痕比底部要严重一些。密封面顶部有透光缝隙。见图7、8
图7图8二、三偏心金属密封蝶阀基本结构三偏心蝶阀阀板和阀座的密封面是不太规则的异形曲面，密封面加工精度要求高，加工难度大。
图91、三偏心金属密封蝶阀基本结构
苯乙烯反应器ABC的12台LEUSCH三偏心金属密封蝶阀基本结构：（1）阀座密封环、阀板密封环均为沉头螺栓固定的可拆结构；（2）阀板密封环表面喷涂硬质合金层，通过沉头螺栓固定在阀板上；（3）阀座密封环通过压环压紧，压环通过沉头螺栓固定在阀体上。
图10图112、三偏心金属密封蝶阀基本结构在复杂应力及热膨胀情况下，在阀门关闭时为了能保证有效密封，期望通过以下结设计来使得阀板密封面与阀座密封面贴合良好：阀座压环上的沉头螺栓紧固力矩不超过75NM，从而得到施加在阀座密封环上的一个合适值的载荷，阀座密封面可以在这个合适值的载荷下能自由浮动。
图12图13图14三、原因分析但从阀门实际的运行操作以及下线检查情况来看，KSV-1/2均存在以下不同程度的情况：1、密封环变形；2、密封环顶部密封面挤压摩擦损伤，顶部的挤压导致阀门在大约关闭至4%开度以下时阀门关闭的扭转异常增大；3、阀座密封环不能按照设计意图有效地浮动微调，以达到与阀板密封环贴合有效密封。
LEUSCH三偏心蝶阀阀座密封面的压环位于法兰密封面部位，按照标准，压环表面低于法兰密封面+0.00至-0.25mm，KSV-2该部位实际测量为+0.05至-0.05mm。
以KSV-1为例，DN/CL法兰有44条M24螺栓，在阀门安装在管道上法兰螺栓紧固后，估计每一条螺栓的拉紧力达几顿甚至十吨以上，整个配对法兰的紧力达数百吨。以下图片为该阀下线拆除的旧垫片，从垫片缠绕带被压缩后的状态及变形量来判断，预估可能约一半左右的配对法兰的紧力加载在压环上，这个直接加载在压环的压力少则几十吨，这么大的载荷从而导致压环下面的阀座密封环不能为了配合阀板密封而微浮动。
3种规格配对法兰螺栓紧固力计算：
图15注：以上表格扭矩按照SEI《紧固件扭矩规定》来计算，涂有molykote，摩擦系数按0.11计算。管道操作压力比较低，对法兰的张力未考虑。也未考虑热膨胀等复杂应力对法兰的影响。从计算结果得出：配对法兰相互之间的压紧力达最小超过吨力，最大超过吨力。配对法兰间的压紧力只要有一部分作用在阀座密封环的压环上，就足以导致阀座密封环无法自由浮动。
苯乙烯反应器ABC的12台LEUSCH三偏心金属密封蝶阀组成件材质：1、阀体：A-WCB，碳钢；2、阀板：SS，奥氏体不锈钢；3、阀杆：XM-19(S/NITRONIC50)，奥氏体不锈钢；4、阀板密封环：SS+Stellite，奥氏体不锈钢+喷涂硬质合金；5、阀座密封环：SS，奥氏体不锈钢；6、阀座压环：碳钢。
热膨胀的影响：阀门各金属组件材质不同，其热膨胀系数也不相同，在我们常用的金属材料中，奥氏体不锈钢的热膨胀系数比较大，碳钢的热膨胀系数相对小些。在接近℃的操作温度下，阀门各金属组件均产生热膨胀，但阀内件（阀板、阀杆、密封环）的膨胀量比阀体要大，经初步计算长mm的阀杆比阀体膨胀量要大约0.76mm左右。阀杆底部为止推轴承，不能往下部膨胀伸长，从而带着固定在阀杆上的阀板往上膨胀伸长。在阀座密封环被强力载荷压死不能微浮动的情况下，将导致阀座与阀板密封环顶部挤压造成损伤，阀座与阀板密封环底部造成缝隙导致泄漏。KSV-1顶部严重挤压，0.75mm厚的硬质合金长约mm被挤掉，边缘还有几条挤压剪切的SS金属丝。
以KSV-1为例计算热膨胀差：直径DN，操作温度℃，温升℃(工作温度℃-常温22℃），根据查询的平均热膨胀节系数进行计算。计算结论：1、阀杆将往上热膨胀约0.76mm(携带与之固定在一起的阀板及阀板密封环)。2、阀座密封环直径方向与阀体的热膨胀差约为1.02mm。但因受到压环及管道配对法兰的强力挤压，其难以达到自由热膨胀的设计目的，将导致阀板密封环与阀座密封环顶部挤压及阀门关闭力矩过大，并容易导致阀座密封环因不能自由热膨胀而发生不规则变形。
图16热膨胀的影响：
KSV-2密封环顶部挤压摩擦，密封环底部冷态下出现最大缝隙0.75mm。
喷涂硬质合金脱落：拆检KSV-1，阀板密封环顶部喷涂硬质合金层脱落，测量硬质合金层厚度0.75mm。原厂新到KSV-备件开箱检查，阀座密封环一处喷涂硬质合金层因在原厂撞击脱落，测量硬质合金层厚度0.5mm。KSV-下线，测量脱落喷涂硬质合金厚度0.66~0.67mm。从损伤部位看，喷涂工艺硬质合金层与基材结合强度低，喷涂层内部金属组织比较疏松，在热膨胀挤压/剪切或者碰撞下比堆焊硬质合金层更容易导致硬质合金层损坏。
三、三偏心金属密封蝶阀更换密封环维修1、KSV-在更换了新测绘加工的密封环后进行泄漏测试，出现泄漏部位比较多、泄漏量比较大的情况，经过多次施工砂纸打磨密封面及松紧沉头螺栓微调整密封环密封配合位置状态，多次测试泄漏情况有所改善。2、通过密封环加工、安装及泄漏测试的过程情况，以及KSV-1回装到装置后的泄漏测试情况来看，阀座密封环与阀板密封环两者的密封贴合存在不太可控的状态。3、KSV-2更换了原厂家提供新备件，KSV-3更换了远大新测绘加工的密封环，两台阀同时进行泄漏测试，KSV-3仅有两处呈现小气泡泄漏，而KSV-2泄漏量虽然满足泄漏标准要求但要比KSV-3明显大许多。
