多晶硅生產(chǎn)中常見(jiàn)閥門泄漏原因分析及應(yīng)對(duì)措施淺談

李 波,吳 偉,李 棟

（陜西天宏硅材料有限責(zé)任公司,陜西 咸陽(yáng) 712038）

閥門在多晶硅生產(chǎn)中種類多、用量大、分布廣泛，且接觸的介質(zhì)多是強(qiáng)腐蝕、有毒、易燃、易爆的。然而因?yàn)槠浯蠖嗍侵芷谑缴a(chǎn)，需要頻繁開(kāi)關(guān)閥門，加之硅粉硬度高，所以容易導(dǎo)制閥門磨損密封失效等問(wèn)題。若閥門選型不當(dāng)使用壽命非常短。一旦發(fā)生閥門泄漏，不僅使介質(zhì)不能有效切斷，影響工藝流程和產(chǎn)品質(zhì)量，而且浪費(fèi)了原輔材料，增加了成本，甚至直接污染環(huán)境，產(chǎn)生嚴(yán)重環(huán)境事故。因此，多晶硅生產(chǎn)中閥門的泄漏問(wèn)題不容忽視，應(yīng)對(duì)裝置中引起閥門泄漏的原因以及防止和消除泄漏的對(duì)策、方法做重點(diǎn)探討。

1 多晶硅生產(chǎn)中常見(jiàn)的閥門種類

閥門是多晶硅生產(chǎn)中的調(diào)度，是不可缺少的隔離、調(diào)整、和連接介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到工藝流程的穩(wěn)定性、物料調(diào)節(jié)的及時(shí)性、設(shè)備和人員的安全。在實(shí)際生產(chǎn)中主要有以及以下幾種閥門：閘閥、球閥、截止閥、蝶閥、滑板閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、止回閥等。

2 常見(jiàn)閥門泄漏的原因分析

閥門的泄漏可以分為外漏和內(nèi)漏兩種類型。外漏就是指介質(zhì)滲漏到閥門的外部，一般指空氣中。而內(nèi)漏是指閥芯和閥座之間密封失效，閥門關(guān)閉后仍有介質(zhì)在管道中流動(dòng)。在多晶硅生產(chǎn)中，閥門的外漏遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)漏，不但造成成本的增加，還會(huì)導(dǎo)致人員和設(shè)備的損壞，甚至嚴(yán)重的環(huán)境污染事故。

閥門外漏常見(jiàn)于閥體、閥桿和閥體連接處等密封部位。

2.1 閥體外漏原因

材料缺陷：閥門為多為鑄件，形狀復(fù)雜，壁厚變化大，傳統(tǒng)的沙鑄容易產(chǎn)生氣孔、夾渣和砂眼等缺陷，從而產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，閥體質(zhì)量是閥門質(zhì)量的核心。

異常憋壓：在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)閥體內(nèi)部可能產(chǎn)生異常的升壓現(xiàn)象，積聚的應(yīng)力遠(yuǎn)超過(guò)工作壓力，造成破壞性泄漏。

圖1 閥桿外泄圖

圖2 閥桿外泄圖

熱應(yīng)力：多晶硅生產(chǎn)中使用的閥門在周期式高溫工況下，溫度變化頻繁，選型時(shí)要考慮高溫對(duì)材料特性的影響，及由于熱應(yīng)力和熱疲勞對(duì)材料強(qiáng)度的影響。

其他原因：在使用安裝時(shí)缺乏有效的支撐，在閥門開(kāi)啟瞬間產(chǎn)生的振動(dòng)及其它異常振動(dòng)，使閥門受力產(chǎn)生裂紋。

2.2 閥桿外漏原因

多晶硅行業(yè)使用的閥門大多開(kāi)關(guān)頻繁，填料磨損也會(huì)加快。閥桿的表面潔凈度有問(wèn)題，閥桿彎曲，填料填充的不夠緊密，填料的類型或尺寸不合適，填料安裝太滿（石墨材質(zhì)），閥桿被腐蝕產(chǎn)生凸凹，填料壓蓋變形，填料老化失去彈性，閥操作不當(dāng)?shù)仍蚨家自斐商盍咸幮孤?。泄漏后介質(zhì)沿著填料與閥桿的接觸間隙向外，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)把部分填料吹走將閥桿刷出溝槽 從而使泄漏擴(kuò)大。

2.3 閥體連接部位泄漏的原因

多晶硅生產(chǎn)中使用的閥門多為法蘭連接，由于閥體與閥蓋之間的密封，墊片的損壞或者老化，法蘭密封面被腐蝕，連接螺栓松動(dòng)，管道配置不合理產(chǎn)生較大的附加載荷等原因，都能引起外漏。

2.4 閥門內(nèi)漏的形式和原因分析

2.4.1 選材和設(shè)計(jì)[3]

（1）閥內(nèi)件材料選擇不當(dāng)，在溫度升高時(shí)發(fā)生熱膨脹。

（2）閥桿設(shè)計(jì)尺寸偏小扭矩不夠。

閥門使用一段時(shí)間后由于摩擦增大，在執(zhí)行器的作用下引起閥桿變形，造成閥桿卡死在某個(gè)位置，使閥芯無(wú)法動(dòng)作或者動(dòng)作不到位，造成介質(zhì)泄漏，此種泄漏往往泄漏量較大，對(duì)生產(chǎn)的危害大。

圖3 閥桿卡死

2.4.2 密封面硬化工藝措施不當(dāng)

（1）涂層產(chǎn)生裂紋、脫落現(xiàn)象

圖4 閥門內(nèi)部涂層脫落并有破裂

（2）磨損嚴(yán)重，迅速造成內(nèi)漏

圖5 閥門內(nèi)部磨損

2.4.3 發(fā)生卡澀或“抱死”

圖6 閥門抱死

3 防止和消除閥門泄漏的應(yīng)對(duì)措施

3.1 閥體外漏應(yīng)對(duì)措施

（1）確保閥體質(zhì)量。采用先進(jìn)的鑄造工藝技術(shù).嚴(yán)格對(duì)鑄件進(jìn)行檢查和檢測(cè)，特別是對(duì)鑄造過(guò)程容易產(chǎn)生缺陷、承壓能力薄弱以及應(yīng)力集中部位，更需要強(qiáng)化和增加檢測(cè)[4]。鑄造閥體形成砂眼、夾渣、裂紋等鑄造缺陷，易導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏，這種泄漏一般都表現(xiàn)為滲漏，量較少，通過(guò)嚴(yán)格的出廠殼體水壓試驗(yàn)就能被發(fā)現(xiàn)。

（2）規(guī)范操作規(guī)程。嚴(yán)格按照操作規(guī)程，避免異常升壓現(xiàn)象出現(xiàn)，適當(dāng)?shù)脑黾影踩y及泄放口。

（3）做好伴熱、伴冷。避免閥門工作在溫差較大的環(huán)境中，對(duì)工作在特殊工況的閥門加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和增加試驗(yàn)次數(shù)。

3.2 閥桿外漏應(yīng)對(duì)措施[5]

選擇合適的閥桿材質(zhì)；定期、定量、定步驟更換填料。

對(duì)閥桿密封采用多重密封措施，為防止硅粉對(duì)閥桿的沖刷，采用專門結(jié)構(gòu)保護(hù)閥桿等。

加裝加載彈簧，補(bǔ)償壓力。

3.3 閥門連接部位泄漏應(yīng)對(duì)措施

閥體連接部位密封，就其密封性質(zhì)而言屬于靜密封，其應(yīng)滿足下列要求：（1）對(duì)溫度和壓力的急劇變化不敏感；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，多次拆卸而不損壞密封元件；（3）能滿足各種工作介質(zhì)的使用要求[6]。

3.4 閥門內(nèi)漏的應(yīng)對(duì)措施

在多晶硅生產(chǎn)中，閥門內(nèi)漏是常見(jiàn)的故障，對(duì)裝置和人員的安全影響很大，因此在設(shè)計(jì)閥門時(shí)在結(jié)構(gòu)上要采取適當(dāng)措施。如選用耐磨球閥，閥座要采用自清理結(jié)構(gòu)，在開(kāi)關(guān)中，自動(dòng)清除球體表面粘附的硅粉；同時(shí)增設(shè)吹掃孔，在開(kāi)關(guān)時(shí)吹掃球體表面，將粘附硅粉吹掃掉，以保護(hù)密封副。對(duì)于閥座后部的彈簧部位，采用防塵閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止硅粉的輕易進(jìn)入，保證彈簧能正常工作?？傊ㄟ^(guò)有效的加工工藝和特殊的設(shè)計(jì)，可延長(zhǎng)閥門的使用壽命，提高使用性能。

4 總結(jié)

采用合理的閥門制造工藝，可延長(zhǎng)其使用壽命提高使用性能，合理的制造工藝能降低制造成本。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，必定會(huì)有更多的新工藝和設(shè)計(jì)滿足多晶硅生產(chǎn)的需要。同時(shí)，針對(duì)工況正確選擇滿足需要又性價(jià)比高的閥門也很重要。再者，在日常的生產(chǎn)中要加強(qiáng)對(duì)閥門的維護(hù)和保養(yǎng)。

[1]焦小澄,將大純.儀器儀表維修工[M].江蘇科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]楊利平.運(yùn)行裝置閥門泄漏的原因分析及應(yīng)對(duì)措施[M].2012.

[3]陸培文.閥門選用手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[4]鄧豐,唐正林.多晶硅生產(chǎn)技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[5]夏瓊.石化企業(yè)閥門泄漏的原因分析及對(duì)策[J].2005(02).

[6]張百麟.閥門泄漏的原因分析及其設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化[M].2003.