阀套式排污阀在靖西管道上的应用

阀套式排污阀任靖西管道上的应用　

唐在强　

（陕西省天然气股份有限公司　陕西　西安７１Ｏ０１６）　应用技术　

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［摘　要］阀套式排污阀是种（抗硫）排污截止阀，是石油、天然气、化１　及电力行业中常用的排污设备。　套式排污阀在靖西天然气管道也同样得到　了广泛应用，具体应用在立式分离器、卧式分离器、部分汇管、收球筒等的排污工艺中，在场站的丁艺排污操作过程中起到了重要作用，但在实际应用中，该　

阀密封极易失效，形成阀门内漏，致使场站上出现了天然气外漏现象（在排污池内有连续的气泡出现）。本文对阀套式排污阀的结构特点及工作原理、常见的损　

坏形式、原因分析、工艺组成、故障阀门的维修再利用方面提出‘些观点。　

［关健词］工作原理　损坏形式　原因分析　工艺组成　维修再利用　

中图分类号：ｓ２１９，０６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９　９１４Ｘ（２０１０）０４　０２４９—０２　

１阀套式捧污阀密封付的结构特点及工作原理　阀套式排污阀‘般由阀体、阀盖、阀瓣组件、阀套、阀座、排污口　

六大部分组成，阀盖又由阀杆、阀杆填料密封函、手轮等零部件组成。阀　

套式排污阀的整体结构与普通的节流截止阀基本相似，只是在截流排污的过程　

中，突出了阀套、密封付的节流、耐冲蚀和密封性。　

主要结构特点为：　（１）阀门的节流结构：在阀瓣顶端加装了与阀座通道间隙配合值较小的阀　

套（具有锥度合金套垫），在排污时具有节流降压功能。　

（２）阀门的密封结构：阀门采用双重（硬、软质）密封，硬质合金密封面可　

以提高抗气流冲刷、耐磨损的能力，软质密封（四氟乙烯板与硬质合金配合），　可以提高阀门的密封作用；密封面均采用锥度密封，有利于阀门自身清洗附　

在密封面上的脏物。　

（３）在阀门的底部设置了较大的排污孔，必要时可以打开，清理阀内污物，　

同时为更换阀门的密封零部件的操作提供了方便。　工作原理为：　

①常闭状态：阀瓣硬密封面压在阀座凸台上，形成一道硬质密封，同时嵌在　

阀瓣上的软质密封与阀座端面紧压，形成第二道密封，双质密封结构保证了阀　门的零泄漏，再由于阀瓣开设了平衡孔，使阀门在关闭、开启时，阀瓣受到较　

小的作用力，也使阀门开启、关闭时具有较小的力矩。　

②节流排污状态：阀瓣上的双密封面离开阀座，管道中的介质、杂质一同　流过阀套、阀座，同时实现节流与排污。阀瓣、阀座密封面利用套垫斜角　

改变介质流向，具有自清扫功能，使密封付不夹带杂质。　

③关闭状态：管道中介质排放后关闭阀门，介质从套垫斜角处进入阀座通　

道，流阻系数增加，流速加快，斜角改变介质流向，产生涡流，阀座端面介质径向　力增加，实现阀座启封的吹扫。阀瓣密封面接近阀座时，套垫与阀座通道的配　

合间隙阻止较大颗粒介质流向密封付，加之流速的进一步增大和介质横向力的　

吹扫，阀门在关闭时已基本清扫干净了密封付上的杂质，保证了阀门排污后的　

密封性能达到介质无泄漏。　

２润套式捧污阀的常见损坏形式　在靖西天然气管道上使用的是国内厂家生产的阀套式排污阀，使用的具体　

型号为：ＴＰ４１Ｙ（ＰＮ　６．４　ＤＮ　１Ｏ０、ＤＮＩ５０），适用介质温度：一２９℃～１３０℃。　

目前阀套式排污阀的损坏形式主要集中在阀门的合金套　、阀座通道壁以及　

双密封付的冲蚀严重损坏，导致密封付的密封作用失效，具体表现为：　（１）阀座在高速流动的天然气、硫化铁粉、水以及其他的固体颗粒的混　

合物的冲刷下，阀座通道壁上出现了大量的冲蚀凹槽，阀套彻底丧失了阻止较　

大颗粒介质流向密封付以及对介质的节流作用，导致了阀座上硬质合金的锥形　

凸台及硬质密封平面也被污物冲蚀出大量的凹槽，使软、硬密封付的密封作　用彻底失效。　

（２）在阀套的本体上出现冲蚀凹槽的情况下，导致阀瓣上的软、硬密封面　被冲蚀出凹坑，甚至被完全冲掉，导致阀门的双密封付的密封作用彻底丧失。　

３阀套式排污阀的现场工艺组成　

在靖西天然气管道上的场站排污＿［艺流程中，排污阀的设置一般采用前密　

封后排污的双阀串联方式，污物经由排污管道进入排污池中，在排污池里充有　

一定量的清水，水面高于排污管道的顶端２０　５０ｃｍ。　

在双阀串联方式中，前‘道阀门在排污工艺管道上主要的作用是截断、　

密封，此阀门一般采用旋塞阀、平板闸阀和阀套式排污阀，后一道阀门的主要　作用是节流、密封，此阀门一般采用阀套式排污阀。　

从工艺流程的特点来看，在场站排污操作时，操作人员应严格按照操作规　

程的要求，重点保护前一道阀门，使其在排污结束后依然具有良好的截断密封　作用，具体操作时应该先完全打开前一道阀门后，再打开肯流排污阀进行排污　

操作。如果后一道阀门的密封付的节流、密封作用失效，在排污操作时使用　

前一道阀进行节流降压排污，就会加快前～道阀的密封付的损坏而导致密封失　

效，致使设备内的气体经由排污管道进入场站的排污池，在排污池内出现连续　

的气泡。　４阀套式排污阀密封付损坏的原因分析　

４　１从密封付的材料上分析　阀套式排污阀的硬质密封付所用的材料是一种硬质合金间的平面配合，软　

密封付所用的材料是四氟乙烯板和硬质合金间的平面配合。在厂家的网站上　

查到了此合金的标号为：Ｃｏ４５　５３ＰＴＡ（钴基堆焊粉Ｓｔｅｌｌｉｔｅ１２　Ｃ：１．３　Ｉ．５），　

具体成分为：Ｃｒ：２８　３１、Ｗ：８　９、Ｎｉ：３、Ｆｅ≤３、Ｓｉ：ｉ　Ｉ．５。ｓｔｅｌｌｉｔｅ１２　合金具有较高的硬度（ＨＲＣ　４５—５３），常用在高温高压阀门、锯齿、螺旋推　

科技博览ｉ

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杆等处。从密封付的蚀损情况看，ｓｔｅｌｌｉｔｅ１２合金被高速流动的天然气、硫　

化铁粉及其他固、液态杂质冲蚀严重。　４．２从管输气质的因素分析　

管输气质的变化使场站排污操作的次数增加，加大了阀套式排污阀的工作　

负荷。在靖西天然气管道上随着长庆油田天然气第三净化厂的投运、线路　压气站的增加、管道线路改线工程的实施使现在管输天然气的气质较以前有　

了较大的改变。例如：管道内硫化铁粉在数量上有了增加（２００８年３月的一、　

二线管道的多次清管所清理出来的污物数量明显比以往的多）、油质成分的　

含量有了增加（压缩机气缸内的润滑油的流失；在化子坪首站的平板闸阀的　

排污过程中，排出了较多的油污等）、其他固体颗粒经常堵塞排污管道和阀门　（管道隔离球碎片曾经堵塞过化子坪站的Ｈ０２０２的排污管道和阀套式排污阀，　

焊条、管道切割后的钢条以及小石块也曾经出现在清管清出的的污物里）。　

这些因素，造成了下游工艺场站上的调压阀冰堵现象（或固体颗粒堵塞指挥器　

喷嘴的现象）的频繁发生，迫使上游场站和本场站不得不增加分离器的排污次　数，从而加重了阀套式排污阀密封付的工作负荷，加速了阀套、密封付的冲　

蚀。　

４．３从排污操作工艺的规范实施的因素分析　

在厂家网站上介绍了此种阀门的作用“能够在非常接近给定压力的气体　

工况条件下，进行不漏操作，始终在相同的给定压力下排放泄压　故根据现在　的损坏形式来看，或许与排污现场的实际工艺条件有关系。　

（１）温降的因素分析。　

一般来讲，天然气经过节流降压时温度会发生下降，压力每下降１Ｍｐａ时　

温度会下降２～３℃。如果在排污操作时设备压力在２．０Ｍｐａ以上进行排污时，　排污管道内的天然气温度将会降低４—６℃，这样将会增加排污阀和管道内的　

液态水出现的概率，从而提高硫化铁粉的含水量和油脂成分的粘性，增加了硫　

化铁粉间的粘结力，使硫化铁粉较难被气体吹进排污管道，降低了排污的效率，　

同时还增加了硫化铁粉粘在阀套、阀座、密封面上的现象，不利于阀门自身　

清洗附着在密封面上的脏物，在关闭阀门时，由于双密封付的密封面未能完全　

贴合而造成密封不严密，严重的还容易对密封面造成损伤。　在冬季的输气生产过程中，随着管道敷设情况的不同，管输的气体温度较　

夏季的下降幅度也随着管道的长度有所增加。以延安分输站为例，夏季气体　

温度在１４－－－１５℃左右，冬季气体的温度在４－－－６＂Ｃ左右，这样在压降为１Ｍｐａ条　件下进行排污操作，排出的气体温度在冬季时将接近１—４＂Ｃ，在夏季排出的气　

体温度将接近ｌ１—１３℃，由此可以看出在气体的水露点的数值不变的情况下，　

冬季排污与夏季排污时，排污工况有较大的差异。并且随着压降数值的升高，　

排出气体的温度也将正比例的下降，排污操作的工况也将正比例的发生更大的　差异，这对排污阀的密封付来说也将是严峻考验。　

（２）排污时的气体压力、排污阀的关闭速率的因素分析　

根据流体力学的喷射理论，喷射气体动力能量损失Ｈ：△Ｐ／△ｒ，（△Ｐ是　

气体的压降，ｒ是气体的密度），ｒ＝ｍ／ｖ（ｍ表示气体的质量，ｖ为气体的体积），由　理想气态方程知道：ｐＶ＝ｎＲＴ（ｐ是气体的压力，，ｎ表示气体物质的量，Ｔ表示　

气体的热力学温度，Ｒ为理想气体常数），可以推出：Ｈ＝ｎＲ△Ｔ／ｍ。可以看出Ｈ　

与△Ｔ是正比例关系，△Ｔ变小也就是△Ｐ变小，喷射气体的能量损失Ｈ变小，　

就排污阀来说，是气体携带硫化铁粉等污物的能量损失较小，可以更多的排出　污物。．　

根据气体流量的流量方程Ｑ＝Ｖ．Ａ（Ｑ是流量、Ｖ是气体流速、＾是流通面　

积），Ｖ＝ａ（２ｇ△Ｐ／△ｒ）１／２（ａ是系数，ｇ是重力加速度），Ｈ＝△Ｐ／△ｒ，得到Ｑ＝　

ａｇＨＡ。也就是说，在相同的流量Ｑ的情况下，气体动力能量损失Ｈ与流通面积　Ａ互为反比，即要想得到较小的气体动力能量损失（良好的排污效果）就要有较　

大的流通面积（尽量的打开阀门）。　

在等流量的排污过程中，由于要保证在排污操作时，排污池内的污水不至　于飞溅出排污池而污染场站的环境卫生，在实际的排污过程中，会对排污阀的　

开启量进行控制，这样就会降低流通面积Ａ，而反比例的增加气体动力能量损　

失Ｈ，造成气体流速Ｖ的正比例增加。由于ｖ的增大，对排污操作来说则是天　然气和硫化铁粉的流速Ｖ　也正比例的增大，根据动量定理：△ｐ＝Ｆｔ＝ｍ△ｖ（ｍ　

为硫化铁粉的质量，△ｖ为天然气和硫化铁粉的流速Ｖ的变化量），阀门密封　面受到的硫化铁粉的冲量Ｉ＝△Ｐ也正比例的增大。随着△Ｐ的增加，而正　

比例的增加气体动力能量损失Ｈ，反比例的降低流通面积Ａ，也就正比例的增加　

硫化铁粉的对阀门密封付的冲量Ｉ＝Ａ　Ｐ，也就增加了阀门密封付的损坏几率，　

同时这样的工况也不利于阀门自身清洗附着在密封面上的脏物，在冬季等极为　

恶劣的排污工况下还会在排污阀的阀腔内出现严重的冰堵现象。当然如果在　

排污的过程中出现快速关闭排污阀的操作时，同样会对阀门产生较大的伤　害。　

５预防阀套式捧污阀损坏的具体措施　在阀套式排污阀密封付损坏的原因分析中，可以看到导致密封付损坏的因　

素主要有气质的洁净度、排污操作时的压降△Ｐ以及排污时的流量Ｑ，在排污　操作时压降△Ｐ以及提高流量Ｑ的具体参数是预防密封付损坏的主要途径，由　

此提出整改意见如下：　

５．１控制管输的气质　

２５０　ｌ科技博览　建议在关键的场站借鉴湿气输气场站的经验，加大对上游供气单位的气质　

的检验力度，从源头上消除酸性气体进入管输系统，减少管道内的硫化铁粉的　

产生量；在发现气源气水露点较高的场站适当增加脱水装置，降低气质中的　含水量、水露点，减少下游场站调压阀的冰堵现象和关联场站的排污次数，从　

而降低排污阀的工作负荷量；适当的增加管线的清管次数也可以明显的减少　

管道内的固体杂质，改善管输的气体质量。　

５．２严格按照排污操作的工艺流程进行操作