電動球閥閥桿滲漏故障與處理

曹曄　柏曉東　馬克　劉濤

一、問題的提出

電動球閥是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常用于管道介質(zhì)的遠(yuǎn)程開、關(guān)（接通、切斷介質(zhì)）控制。石西油田石南31井區(qū)自2004年開發(fā)，先后在8座計量站投用了迪威爾自動化計量裝置。隨著開發(fā)年限的推進(jìn)，2008年至2013年，石南31井區(qū)8套迪威爾自動化計量裝置陸續(xù)出現(xiàn)了用于壓油的電動球閥閥桿密封不嚴(yán)導(dǎo)致油氣泄漏故障。由于自動化計量裝置是安裝在受限空間內(nèi)，泄漏的原油造成污染，天然氣滯留在受限空間內(nèi)，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場安全生產(chǎn)。

二、故障現(xiàn)象

石南31井區(qū)8套迪威爾計量裝置擔(dān)負(fù)著150口油井的計量任務(wù)，每計量一口井壓油閥就要開、關(guān)一次。隨著自動化計量裝置使用年限的增長，用于計量壓油的電動球閥閥桿密封處出現(xiàn)密封不嚴(yán)油氣泄漏的現(xiàn)象（如圖1），并呈上升的趨勢，給計量站的正常運行帶來了安全隱患。

三、故障原因

1.電動球閥結(jié)構(gòu)與工作原理

電動球閥是由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和球閥共同構(gòu)成，球閥是由閥體、閥桿、球體、密封閥座組件、O型密封圈、石墨墊子、氟墊子、閥桿壓帽等部件組成（如圖2）。

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動閥桿，由閥桿帶動球體，圍繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動從而達(dá)到啟閉通道的目的。球閥只需通過旋轉(zhuǎn)90的動作就可完成一次開或關(guān)。球閥內(nèi)的密封是借助流體壓力、彈性元件作用力或預(yù)壓縮產(chǎn)生的密封力使密封副（球體或閥座）相互靠緊、接觸，以減小或消除密封面之間的間隙而達(dá)到密封的效果。閥桿密封是通過“O”型密封圈發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓則不發(fā)生泄漏，以達(dá)到密封的效果。

2.原因分析

電動球閥閥桿密封方式是屬于動密封。用于計量壓油的電動球閥在長時期多頻次的運轉(zhuǎn)下，“O”型密封圈會受到磨損線徑變小，導(dǎo)致接觸壓力降低。當(dāng)接觸壓力小于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓就會發(fā)生泄漏，“O”型密封圈磨損到?jīng)]有接觸壓力時就完全失去密封效果。

四、故障處理

發(fā)現(xiàn)問題初期，維修人員針對閥桿密封不嚴(yán)采用的是常規(guī)式處理，在閥桿外填料箱內(nèi)添加石棉繩、生料帶、氟墊子等油田常用密封材料。由于外填料箱槽深只有5mm，加入填料有限，密封效果不佳。一般密封時效只有1-5天，頻繁的維護(hù)既增加了維修人員的勞動強(qiáng)度，也使計量裝置時常不能正常運行，生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能正常提取。

1.更換新球閥

為了保證設(shè)備可以正常運行和減少維修頻次，直接對閥桿密封不嚴(yán)計量壓油的電動球閥進(jìn)行了更換，解決了閥桿密封不嚴(yán)的故障。

經(jīng)過統(tǒng)計2008-2013年，石南31井區(qū)8個計量站已更換計量壓油的電動球閥11次，平均每個計量壓油的電動球閥使用壽命只有3.6年，新閥使用時間仍然較短。材料費用11只×8500元/只=93500元。由此造成了材料費用的上升。

2.改變密封方式

在現(xiàn)有條件下改變密封方式，將“O”型密封圈內(nèi)擠壓型密封改成外加壓型密封，通過閥桿壓帽將力作用在“O”型密封圈上形成擠壓，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓則不發(fā)生泄漏，并且由于“O”型密封圈自身的彈力，而具有磨損后自動補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/p>

測量收集閥桿、外填料箱的各項尺寸數(shù)據(jù)，制定了尺寸為外徑Φ27mm線徑Φ3.1mm的“O”型密封圈及外徑Φ27mm內(nèi)徑Φ22mm厚度2mm的氟墊子作為球閥閥桿密封組件（如圖3）。

2014年，從商家訂購了所需“O”型密封圈及氟墊子，對8個計量站閥桿密封不嚴(yán)的電動球閥陸續(xù)進(jìn)行了“O”型密封圈及氟墊子安裝。2015年，經(jīng)過9個多月的使用，8個計量站壓油球閥閥桿密封的情況良好，滿足了現(xiàn)場需求（如表1）。

五、應(yīng)用效果

將電動球閥閥桿密封不嚴(yán)出現(xiàn)故障所造成的維修頻次由原來的約2.5天/只，延長為約230天/只。

六、技術(shù)創(chuàng)新點

采用閥體外添加“O”型密封圈及氟墊子解決了閥桿密封不嚴(yán)的故障，攻克了原有的技術(shù)缺陷，確保了計量設(shè)備的正常運行。