一、管道球閥的基本組成及工作原理
1．基本結(jié)構(gòu)組成
一般天然氣管道用球閥主要是由閥體、閥座、球體、閥桿及傳動裝置組成。球閥的主要功能是接通和切斷管道中流體的通道，球閥是通過傳動裝置讓球體旋轉(zhuǎn)90°來實現(xiàn)開、關功能的。
常用的天然氣管道球閥主要有浮動球結(jié)構(gòu)和固定球結(jié)構(gòu)兩大類。① 浮動式球閥的球體是可以浮動的，在天然氣壓力的作用下，球體將被緊緊壓到出口側(cè)的密封圈上，這是將形成單密封，閥前閥座的密封不能保證。這種結(jié)構(gòu)的球閥特點是結(jié)構(gòu)簡單、單側(cè)密封性能好，但其密封面承受的壓力較大，故啟閉力矩大。② 而固定式結(jié)構(gòu)球閥的球體具有上、下轉(zhuǎn)軸，下部轉(zhuǎn)軸被固定在閥體下部的軸承上，上部與閥桿相連。球體可沿與閥門通道垂直的軸線轉(zhuǎn)動，不能像浮動結(jié)構(gòu)球閥一樣球體可以側(cè)向移動。因此，固定球球閥工作時，閥前流體的壓力只傳給軸承和閥桿，不會對閥座造成壓力，所以固定球閥轉(zhuǎn)矩小，閥座變形小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長。固定球閥的閥座是浮動的，浮動閥座借助閥座后彈簧的壓力和天然氣的壓力壓緊球體，從而實現(xiàn)密封。
2．球閥的閥座結(jié)構(gòu)
（1）普通閥座
普通閥座一般用在直徑等于小于200mm浮動閥座的球閥上[1]。普通閥座主要是在預緊力或流體的壓力作用下，閥座與球體壓緊，并使閥座材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封，其密封效果取決于閥座在流體的作用下或預緊力的作用下，能夠補償球體不圓度和表面微觀不平度的程度。這種閥座結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，應用較為普遍。
（2）彈性閥座
彈性閥座形式相對較多，但天然氣管線上常用的有螺旋彈簧組閥座和碟形彈簧閥座，這兩種閥座都是靠彈簧的彈力和流體的壓力將閥座推向球體，從而達到密封。這兩種閥座有很好的雙向密封能力和良好的彈性補償能力，但對于螺旋彈簧組閥座來說，每一支彈簧的剛度很難做到一致，以致閥座受力不均，影響閥門的密封性能。相比之下，碟形彈簧的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、加工方便，且受力均勻。因此應用相當廣泛。
（3）旋轉(zhuǎn)閥座
球閥在打開瞬間或關閉終了前，球體與閥座之間形成月牙形的狹窄通道，于是天然氣被節(jié)流而呈高速喘流湍流狀態(tài)，經(jīng)常導致閥座被沖蝕而發(fā)生內(nèi)漏。旋轉(zhuǎn)閥座的主要特點是閥門在啟閉過程中，閥座可沿通道的軸線作旋轉(zhuǎn)運動，通過開關閥門使閥座旋轉(zhuǎn)，可使閥座沿圓周方向均勻磨損，改善工作狀況，延長使用壽命。
二、天然氣管道常用球閥驅(qū)動裝置
驅(qū)動裝置據(jù)動力源的類別可分為：手動、氣動、液動和電動驅(qū)動裝置等4種形式。天然氣站場應用zui多的是電動執(zhí)行機構(gòu)，目前國內(nèi)常用且性能優(yōu)良的電動執(zhí)行器有ROTORK執(zhí)行器和BIFFE執(zhí)行器。電動球閥有啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動迅速，對大口徑閥門這一特點尤為突出。電動球閥適合于遠程控制，電動球閥在現(xiàn)場能夠以電動和手動兩種方式進行開、關操作。
氣液聯(lián)動裝置應用日益增多，目前常用的有旋轉(zhuǎn)葉片式和撥叉式氣液聯(lián)動裝置。旋轉(zhuǎn)葉片式氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)是利用管道內(nèi)的高壓氣體通過液壓油推動密閉油缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)葉片直接帶動閥門軸桿轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)簡單輕巧。撥叉式氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)是利用管道內(nèi)的高壓氣體通過液壓油推動活塞往復運動再通過撥叉轉(zhuǎn)換成閥門旋轉(zhuǎn)運動，結(jié)構(gòu)較復雜，外形尺寸較大。
三、管道球閥的維護和管理技術
1．施工期的維護和管理
在施工期對球閥進行科學的管理和維護，是非常重要的，在施工期對設備管理到位，維護科學，不但可以保證安全，而且可以大大降低施工和運行管理期的費用。主要應注意以下方面：① 要采用正確的方法裝卸閥門，避免閥門受到機械損傷。吊裝閥門時，吊裝帶不能拴在閥桿或執(zhí)行器上進行吊裝，否則將造成閥桿彎曲、閥徑密封失效以及齒輪箱遭到破壞；② 在出廠前，要在閥門兩端加裝簡易盲板，避免在運輸?shù)倪^程中和工地上有水、砂子等雜質(zhì)進入閥腔，對密封造成腐蝕和損傷；③ 在施工現(xiàn)場，閥門整齊的擺放在枕木上，不要隨地擺放，避免排污嘴、注脂嘴等被損壞或折斷；④ 在安裝前，必須對閥門進行注潤滑脂。通過注潤滑脂一方面檢查注脂通道是否暢通，另一方面要將閥座密封面和后腔注滿，避免雜質(zhì)進入密封面和后腔，同時在一定程度上可減弱焊接高溫對閥座的損傷；⑤ 在安裝的整個過程要保持閥門在全開位；⑥ 當焊接完畢和做完水壓實驗以及每次操作前后，要及時的補入一定量的潤滑脂；⑦ 做完水壓實驗后，要將閥腔里的水及時排干凈，防止銹蝕和結(jié)冰。
2．運行過程中日常的維護和保養(yǎng)建議
① 周期性的檢查閥門的密封性，通過排污嘴來檢查，如果有內(nèi)漏，按內(nèi)漏處理程序進行處理；② 適時地向閥座注入一定量的新鮮潤滑脂，注入的量和頻率依照閥門活動頻繁程度而定，一般當閥門活動一次后，要適量注入潤滑脂，每次注入量大概為密封系統(tǒng)容積的1/8，這樣做的目的是zui大程度的避免管道內(nèi)的雜質(zhì)進入閥座后腔，影響閥座運動，從而導致密封失效，同時保證密封面時刻處于“濕潤”狀態(tài)；③ 對很少活動的閥門，每年zui少活動1次，同時注入適量的潤滑脂，這樣做可以避免球體和閥座膠合，同時也可以避免球體活動時地干磨，保護閥座和球體；④ 入冬前對球閥進行全面維護和保養(yǎng)，重點要排掉閥腔內(nèi)和執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)的水，避免冬天凍結(jié)，影響正常功能；⑤ 每年更換1次齒輪傳動機構(gòu)內(nèi)的潤滑脂；⑥ 定期檢查閥徑密封，一旦出現(xiàn)外漏，要及時處理；⑦ 清除銹蝕，對外部進行維護。
四、常見故障及排除方法
1．球閥內(nèi)漏
球閥內(nèi)漏是天然氣管道球閥zui常見的問題。
（1）球閥內(nèi)漏的原因
1）施工期造成閥門內(nèi)漏的原因：① 運輸和吊裝不當引起閥門的整體損傷從而造成閥門內(nèi)漏；② 出廠時，打完水壓沒有對閥門進行干燥處理和防腐處理，造成密封面銹蝕形成內(nèi)漏；③施工現(xiàn)場保護不到位，閥門兩端沒有加裝盲板，雨水、砂子等雜質(zhì)進入閥座，造成泄漏；④ 安裝時，沒有對閥座注入潤滑脂，造成雜質(zhì)進入閥座后部，或焊接時燒傷引起內(nèi)漏；⑤閥沒有在全開位進行安裝，造成球體損傷，在焊接時，如果閥不在全開位，焊接飛濺物將造成球體損傷，當附有焊接飛濺物的球體在開關時進一步將造成閥座損傷，從而導致內(nèi)漏；⑥焊渣等施工物造成密封面劃傷；⑦ 出廠或安裝時限位不準確造成泄漏，如果閥桿驅(qū)動套或其他附件與之裝配角度錯位，閥門將泄漏。
2）運行期造成閥門內(nèi)漏的原因：① zui常見的原因是運營管理者考慮到較為昂貴的維護費用對閥門不進行維護，或缺乏科學的閥門管理和維護辦法對閥門不進行預防性維護，造成設備提前出現(xiàn)故障；② 操作不當或沒有按照維護程序進行維護造成內(nèi)漏；③ 在正常操作時，施工物劃傷密封面，造成內(nèi)漏；④ 清管不當造成密封面損傷造成內(nèi)漏；⑤ 長期不保養(yǎng)或不活動閥門，造成閥座和球體抱死，在開關閥門時造成密封損傷形成內(nèi)漏；⑥ 閥門開關不到位造成內(nèi)漏，任何球閥無論開、關位，一般傾斜2°～3°就可能引起泄漏[2]；⑦ 許多大口徑球閥大都有閥桿止動塊，如果使用時間長，由于銹蝕等原因在閥桿和閥桿止動塊間將會堆積鐵銹、灰塵、油漆等雜物，這些雜物將造成閥門無法旋轉(zhuǎn)到位而引起泄漏—— 如果閥門是埋地的，加長閥桿會產(chǎn)生并落下更多的銹蝕和雜質(zhì)妨礙閥球旋轉(zhuǎn)到位，引起閥門泄漏，⑧ 一般的執(zhí)行機構(gòu)也有限位，如果長期造成銹蝕，潤滑脂硬化或限位螺栓松動將使限位不準確，造成內(nèi)漏；⑨ 電動執(zhí)行機構(gòu)的閥位設定靠前，沒有關到位造成內(nèi)漏；⑩缺乏周期性的維護和保養(yǎng)，造成密封脂變干、變硬，變干的密封脂堆積在彈性閥座后，阻礙閥座運動，造成密封失效。
（2）內(nèi)漏的判斷方法
天然氣管線上常用的是固定軸球閥，其一般的檢查方法是：將閥門轉(zhuǎn)動到全開或全關位，通過閥體排污嘴的排放檢查是否有泄露。如果可以排干凈，則證明密封良好。如果始終有壓力排出，則可以認為閥門泄漏了，這時要對閥門進行相應的處理。但要特別強調(diào)的是對于GRoVE B-5和B-7A型球閥、PBV球閥、ROBERT CORT球閥只能在全關位進行檢查，因為這類球閥在閥體上開了一個通道，當全開位時，用以平衡管線和閥腔的壓力。但當全關位時，不會出現(xiàn)這種情況。
（3）內(nèi)漏的處理程序
① 首先檢查閥門的限位，看是否通過調(diào)整限位能解決閥門的內(nèi)漏。② 先注入一定量的潤滑脂看是否能止漏，這時注入速度一定要慢，同時觀察注脂槍出口壓力表指針的變化來確定閥門的內(nèi)漏情況。③ 如果不能止漏，有可能是早期注入的密封脂變硬或密封面損壞造成內(nèi)漏。建議這時注入閥門清洗液，對閥門的密封面以及閥座進行清洗。一般zui少浸泡半小時，如果有必要可以浸泡幾小時甚至幾天，待固化物全部溶解后再做下一步處理。在這一過程中能開關活動閥門幾次。④ 重新注入潤滑脂，間斷的開、關閥門，將雜質(zhì)排出閥座后腔和密封面。⑤在全關位進行檢查，如果仍有泄漏，應注入加強級密封脂，同時打開閥腔進行放空，這樣可以產(chǎn)生大的壓差，有助于密封，一般情況下，通過注入加強級密封脂內(nèi)漏可以消除。⑥ 如果仍然有內(nèi)漏，就要對閥門進行維修或更換。
2．閥桿泄漏
大多數(shù)球閥的閥桿上設有上、下兩道密封，在一般情況下，可以不做任何維護，但由于長時間磨損或老化，在閥桿處有可能造成泄漏。對于有注人口的閥桿，可以通過注入密封脂來達到臨時止漏的目的。加注密封脂應該緩慢，用手動注脂槍。當泄漏停止時，就應停止加注，加注量過多會引起閥桿轉(zhuǎn)動困難。當然，有的閥桿處根據(jù)結(jié)構(gòu)可以通過注入密封填料或壓緊填料壓蓋來達到密封。
3．球閥操作異常
1）球閥長時間不進行保養(yǎng)和活動，閥座會可能與球抱死，這種情況操作閥門比較費力甚至操作不動，這時注入一定量的清洗液浸泡一段時間然后進行操作。
2）管線里的垃圾、沙子、灰塵或老化、硬化密封脂堆積在閥座環(huán)周圍并且影響閥座動作，造成閥座環(huán)卡死，引起閥座與球間的泄漏。通常向閥門注入清洗液來除去雜質(zhì)。
3）當天然氣中含水量較高時，在運輸?shù)倪^程隨著環(huán)境的變化，會出現(xiàn)凝析水。閥門中的水會存在閥門的zui低點，這通常會是下樞軸或球閥閥體下部，在溫度較低寒冷情況下結(jié)冰，造成閥門開、關不動。
4）在處理閥桿泄漏時，壓緊螺絲上的太緊造成開關困難，壓緊螺絲不應過松或過緊。
5）對于通過渦輪、蝸桿嚙合傳動來操作的球閥還可能有以下原因：① 輪齒磨損嚴重或折斷，造成無法正常嚙合；② 蝸桿上的安全銷折斷；③ 蝸桿或蝸輪上的軸承損壞；④ 渦輪、蝸桿的潤滑不好，用于這些地方的潤滑脂通常為石油基的，會被水污染，在寒冷天氣，這些水可結(jié)冰，使閥門無法操作。如果出現(xiàn)這種情況，拆開齒輪箱去除所有的冰、水和受污染的潤滑脂，并重新涂上新的潤滑脂——如果特別寒冷，使用低溫潤滑脂，如乙醇基的潤滑脂；⑤ 齒輪箱和閥體相連的螺栓有松動或被剪斷；⑥ 電動頭故障，沒有電源、接線或設置錯誤等。
6）對于氣液聯(lián)動的球閥還可能有以下原因：① 氣路、油路可能堵塞或管路限速閥處于關閉狀態(tài)；② 氣源壓力不足；③ 液壓缸或旋部件密封故障；④ 壓差等原因造成扭矩過大。
五、結(jié)束語
為提高閥門的可靠度、延長閥門使用壽命，做好早期的尤其是施工期和投產(chǎn)期的維護和監(jiān)管工作非常重要。為此建議：① 加強設備出廠前維護的監(jiān)督工作以及運輸過程中的監(jiān)管工作；② 加強設備現(xiàn)場安裝前的維護、保養(yǎng)以及安裝過程的監(jiān)理工作；③ 安裝前，一定要進行水壓實驗，及早發(fā)現(xiàn)問題，及早處理；④改變觀念，進行預防性維護管理，制定周期性維護計劃并嚴格實施；⑤ 加強專業(yè)培訓，提高專業(yè)維護人員素質(zhì)，做到維護保養(yǎng)科學、規(guī)范和安全；⑥ 建立和完善設備出廠、運輸、安裝、 試驗、使用的維護、保養(yǎng)臺帳，為以后的管理工作做好原始資料的記錄和積累；⑦ 進行不斷摸索，建立相關的、科學的維護程序和檢驗標準。
