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盤根,從根源上防止泄漏的不二之選

作者: 2019年10月17日 來源:全球化工設備網 瀏覽量:
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逸散泄漏防控的范圍既包括揮發性有害物質泄漏——防止污染環境,也包括蒸汽和其它低溫惰性介質泄漏——防止生產效率降低。從根源上防止泄漏,應該說是不二之選。具體而言,需要精心設計殼體,合理選擇盤根材質和結構

逸散泄漏防控的范圍既包括揮發性有害物質泄漏——防止污染環境,也包括蒸汽和其它低溫惰性介質泄漏——防止生產效率降低。從根源上防止泄漏,應該說是不二之選。具體而言,需要精心設計殼體,合理選擇盤根材質和結構,以及正確的安裝。通常填料函內可容納四至六個盤根環,而閥桿的密封元件,少則一至二個,多則如升桿結構那樣,可能有七個盤根環。盤根環可以采用編繩法或模壓成型法制造。編繩法制造的盤根材料,可以按照心軸/閥桿的圓周長度切割成段,切口呈45º(斜接)或90º(垂直)。




推薦采用斜接法,因為在軸向載荷的作用下能獲得更好的端面結合效果。必須注意,每個盤根環必須完整環繞心軸/閥桿的整個圓周;最好的狀態是,盤根環外側與填料函內壁間的緊密度,高于盤根環內側與閥桿間的緊密度。如果切口處的盤根繩頭過長導致堆疊,或者過短導致空缺,都會導致盤根環密度不均勻,成為潛在的泄漏路徑。




壓縮和載荷




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



 


圖1




反之如果一次性安裝一套五個盤根環,那么最靠近壓蓋隨動件的頂端盤根環受到的載荷最大,但最貼近工藝介質的最底層盤根環受到的載荷很小,甚至可以忽略不計。原因是盤根環會降低軸向載荷,底層盤根環阻止介質泄漏的效果就會變差,無論其是切割纏繞還是模壓成型盤根。還有一種情況是對盤根環頂端施加的載荷過大,導致閥桿轉動時的摩擦力過大,甚至損壞盤根組(圖1)。從一些數據可以看出,如果安裝作業正確規范,盤根組在經歷100次機械循環后,應力松弛的程度最高不超過20%。但如果安裝不正確,應力甚至會減少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,盤根和密封材料才能有最佳性能表現。例如,聚四氟乙烯(PTFE)的溫度范圍大約是零下101℃和232℃之間。如果應用于溫度更高的環境,它的分子結構就有可能改變,導致有害氣體泄漏,進而使閥桿發生腐蝕,甚至導致有毒的聚四氟乙烯煙氣從壓蓋隨動件頂端逸出。




此類煙氣甚至可能具有致癌性。此外隨著煙氣釋放,盤根材質會軟化,重量會減輕,并導致有害工藝介質泄漏,或是產品泄漏。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量損失信息,可以判斷出石墨盤根最高可在450℃環境中可靠防止逸散泄漏,在不會發生氧化反應的蒸氣工況中,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;石墨材質在有些情況下還適用于火災安全密封。




危害與風險評估




開始安裝盤根前,應該先進行全面的危害與風險評估。首先要妥善隔離閥門,確保安全施工。操作人員應按規定穿戴防護服和護目鏡。用盤根清理工具將填料函中的舊盤根全部清除干凈(圖2)。





圖2




用檢修鏡仔細檢查閥桿是否有點蝕和劃傷,并確保舊盤根已被徹底清除干凈。必要時進行翻新。然后測量閥桿外徑、填料函內徑和填料函空腔深度,以便準確計算盤根尺寸。





圖3




盤根環半徑的計算公式是((OD-ID)/2),接著計算出多少層盤根環的厚度,能和填料函空腔深度相匹配。可將盤根材料圍繞在直徑和閥桿相同的心軸上,垂直切割(沿徑向);也可以用盤根專用切割工具斜切。需要謹慎避免沿長度方向拉伸盤根材料,亦要避免其受擠壓導致橫截面變形。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或碎屑。






各自獨立的盤根環




絕不能用繞線圈的方式將盤根材料裝滿填料函,而是用專用切割工具切割盤根編織材料,并制成獨立的盤根環,切口呈45º(斜接)(見圖6),這樣可以利用載荷獲得更好的端面結合效果。





圖4




需要查看每個盤根環的大小是否剛好匹配填料函;每個環的接口都妥善對接,而且要最大限度和填料函內壁緊密貼合,不可通過拉伸編織材料使其與內徑相匹配。后續安裝的所有盤根環,尺寸和切割方式都必須和第一個相同。




預制成型盤根環非常普遍,無需現場切割,因此容易安裝。首先檢查閥門壓蓋螺栓、螺母和墊片,如有破損應當更換。螺栓和螺母都需涂潤滑脂。為了有效控制逸散泄漏,必須要用扭矩扳手,并遵守盤根供應商提供的操作規程。




轉動閥桿




填料函同樣也要確保清潔無雜質和油脂。將第一個盤根環放入填料函,留意接口的位置,應當首先將接口部位塞入填料函,然后再塞入盤根環的其余部分。如果是柔性石墨模壓盤根環,應當將每個環都拉伸成螺旋狀后(圖5)再安裝到位,以避免盤根環損傷。每次安裝一枚盤根環,確保其已經在填料函內壓緊并坐實后,方可安裝下一枚。如果壓蓋隨動件的長度不足以到達填料函底部,則安裝盤根環時需要臨時工具或加長環輔助。





圖5




除非有明確規定,否則密封元件不可以潤滑處理。按照制造商提供的操作規范,對安裝好的第一枚盤根環施加載荷。對下一枚盤根環重復同樣步驟,每次僅限安裝一枚。任何兩枚相鄰盤根環的各自接口,必須分別在90º和180º的位置(圖6)。安裝完成之后,必須操作閥桿,使閥門在開、關位置循環三至十次,以便確保盤根組妥善坐實。在此過程中,盤根組會發生一定程度的松弛,因此完成開關操作后,應當按照制造商提供的參數重新緊固,以便有充足裕度抵消將來發生的松弛。同理,閥門按照正常工況投入使用后,應對盤根組進行最后一次緊固,為將來發生的應力松弛儲備足夠裕度。





圖6




避免泄漏




如果正確安裝盤根,由軸向應力轉化為徑向應力時的衰減就會降低。這有助于盤根在更長時間內維持可靠的密封性能,以及合理的摩擦載荷分布。在此基礎上,閥門的逸散泄漏密封性能,乃至生產效率都會顯著提高。




二十世紀七十年代,如果閥門盤根每分鐘泄漏若干滴液體,還是可以被接受的。當前時代,政府的立法導向是要消除泄漏,并且出臺了相關監管法規、規程,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各種標準的試驗,比如ISO15848-1、API 624和API 641。




正確的盤根安裝規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商的價值是否超越同行的重要標志。




本文來源:閥門與執行機構

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標簽:盤根 防止泄漏 盤根環

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