盤根，從根源上防止泄漏的不二之選

逸散泄漏防控的范圍既包括揮發(fā)性有害物質(zhì)泄漏——防止污染環(huán)境，也包括蒸汽和其它低溫惰性介質(zhì)泄漏——防止生產(chǎn)效率降低。從根源上防止泄漏，應(yīng)該說是不二之選。具體而言，需要精心設(shè)計(jì)殼體，合理選擇盤根材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，以及正確的安裝。通常填料函內(nèi)可容納四至六個(gè)盤根環(huán)，而閥桿的密封元件，少則一至二個(gè)，多則如升桿結(jié)構(gòu)那樣，可能有七個(gè)盤根環(huán)。盤根環(huán)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?yàn)樵谳S向載荷的作用下能獲得更好的端面結(jié)合效果。必須注意，每個(gè)盤根環(huán)必須完整環(huán)繞心軸/閥桿的整個(gè)圓周；最好的狀態(tài)是，盤根環(huán)外側(cè)與填料函內(nèi)壁間的緊密度，高于盤根環(huán)內(nèi)側(cè)與閥桿間的緊密度。如果切口處的盤根繩頭過長導(dǎo)致堆疊，或者過短導(dǎo)致空缺，都會(huì)導(dǎo)致盤根環(huán)密度不均勻，成為潛在的泄漏路徑。

壓縮和載荷

安裝盤根時(shí)，必須依次將各個(gè)盤根環(huán)安裝到位，直到完成全套盤根組。如此可確保軸向應(yīng)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(gè)盤根環(huán)，那么最靠近壓蓋隨動(dòng)件的頂端盤根環(huán)受到的載荷最大，但最貼近工藝介質(zhì)的最底層盤根環(huán)受到的載荷很小，甚至可以忽略不計(jì)。原因是盤根環(huán)會(huì)降低軸向載荷，底層盤根環(huán)阻止介質(zhì)泄漏的效果就會(huì)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(duì)盤根環(huán)頂端施加的載荷過大，導(dǎo)致閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力過大，甚至損壞盤根組（圖1）。從一些數(shù)據(jù)可以看出，如果安裝作業(yè)正確規(guī)范，盤根組在經(jīng)歷100次機(jī)械循環(huán)后，應(yīng)力松弛的程度最高不超過20%。但如果安裝不正確，應(yīng)力甚至?xí)p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(nèi)，盤根和密封材料才能有最佳性能表現(xiàn)。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(yīng)用于溫度更高的環(huán)境，它的分子結(jié)構(gòu)就有可能改變，導(dǎo)致有害氣體泄漏，進(jìn)而使閥桿發(fā)生腐蝕，甚至導(dǎo)致有毒的聚四氟乙烯煙氣從壓蓋隨動(dòng)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(zhì)會(huì)軟化，重量會(huì)減輕，并導(dǎo)致有害工藝介質(zhì)泄漏，或是產(chǎn)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(zhì)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(zhì)量損失信息，可以判斷出石墨盤根最高可在450℃環(huán)境中可靠防止逸散泄漏，在不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)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(zhì)；石墨材質(zhì)在有些情況下還適用于火災(zāi)安全密封。

危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

開始安裝盤根前，應(yīng)該先進(jìn)行全面的危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先要妥善隔離閥門，確保安全施工。操作人員應(yīng)按規(guī)定穿戴防護(hù)服和護(hù)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(xì)檢查閥桿是否有點(diǎn)蝕和劃傷，并確保舊盤根已被徹底清除干凈。必要時(shí)進(jìn)行翻新。然后測量閥桿外徑、填料函內(nèi)徑和填料函空腔深度，以便準(zhǔn)確計(jì)算盤根尺寸。

圖3

盤根環(huán)半徑的計(jì)算公式是((OD-ID)/2)，接著計(jì)算出多少層盤根環(huán)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(jǐn)慎避免沿長度方向拉伸盤根材料，亦要避免其受擠壓導(dǎo)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(zhì)或碎屑。

各自獨(dú)立的盤根環(huán)

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(dú)立的盤根環(huán)，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(jié)合效果。

圖4

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

預(yù)制成型盤根環(huán)非常普遍，無需現(xiàn)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(yīng)當(dāng)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(yīng)商提供的操作規(guī)程。

轉(zhuǎn)動(dòng)閥桿

填料函同樣也要確保清潔無雜質(zhì)和油脂。將第一個(gè)盤根環(huán)放入填料函，留意接口的位置，應(yīng)當(dāng)首先將接口部位塞入填料函，然后再塞入盤根環(huán)的其余部分。如果是柔性石墨模壓盤根環(huán)，應(yīng)當(dāng)將每個(gè)環(huán)都拉伸成螺旋狀后（圖5）再安裝到位，以避免盤根環(huán)損傷。每次安裝一枚盤根環(huán)，確保其已經(jīng)在填料函內(nèi)壓緊并坐實(shí)后，方可安裝下一枚。如果壓蓋隨動(dòng)件的長度不足以到達(dá)填料函底部，則安裝盤根環(huán)時(shí)需要臨時(shí)工具或加長環(huán)輔助。

圖5

除非有明確規(guī)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(guī)范，對(duì)安裝好的第一枚盤根環(huán)施加載荷。對(duì)下一枚盤根環(huán)重復(fù)同樣步驟，每次僅限安裝一枚。任何兩枚相鄰盤根環(huán)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(guān)位置循環(huán)三至十次，以便確保盤根組妥善坐實(shí)。在此過程中，盤根組會(huì)發(fā)生一定程度的松弛，因此完成開關(guān)操作后，應(yīng)當(dāng)按照制造商提供的參數(shù)重新緊固，以便有充足裕度抵消將來發(fā)生的松弛。同理，閥門按照正常工況投入使用后，應(yīng)對(duì)盤根組進(jìn)行最后一次緊固，為將來發(fā)生的應(yīng)力松弛儲(chǔ)備足夠裕度。

圖6

避免泄漏

如果正確安裝盤根，由軸向應(yīng)力轉(zhuǎn)化為徑向應(yīng)力時(shí)的衰減就會(huì)降低。這有助于盤根在更長時(shí)間內(nèi)維持可靠的密封性能，以及合理的摩擦載荷分布。在此基礎(chǔ)上，閥門的逸散泄漏密封性能，乃至生產(chǎn)效率都會(huì)顯著提高。

二十世紀(jì)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(dāng)前時(shí)代，政府的立法導(dǎo)向是要消除泄漏，并且出臺(tái)了相關(guān)監(jiān)管法規(guī)、規(guī)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(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)，比如ISO15848-1、API 624和API 641。

正確的盤根安裝規(guī)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(yīng)商的價(jià)值是否超越同行的重要標(biāo)志。

本文來源：閥門與執(zhí)行機(jī)構(gòu)