舱底液压蝶阀密封优选与应用

    液压蝶阀因其具有快速远控、扭矩大、防爆、可靠性高等诸多优点，被广泛用于船舶、石油化工等生产储运装置流程控制。但凡阀门随着使用的时间增长，如果缺乏保养，几乎都会出现卡滞、泄漏现象，由于液压蝶阀是依靠液压动力单元提供高压液力推动阀门执行机构，从而带动蝶阀阀板动作的一种阀门驱动类型，因此液压蝶阀密封件的好坏将直接影响阀门的可靠性，即影响了安全生产和使用维护频率，本文以文昌13-1/2油田“南海奋进”号FPSO（以下简称“奋进号”）舱底液压蝶阀密封件成功优化设计改造为例，为舱底液压蝶阀密封件的优化选型提供借鉴。

图1 液压蝶阀执行机构组成图

    1 舱底液压蝶阀工况及结构参数

    1.1 舱底液压蝶阀工况

    “奋进号”液压蝶阀系统主要功能为实现远程船控压载、货油和工艺流程等，成套系统和蝶阀厂家为ScannaSkarpenordas，主流体介质是海水和原油，原油介质的温度在60℃左右，液压介质为SHELLT15液压油，工作压力为11～12MPa。

    1.2 液压蝶阀执行机构

    执行机构是液压蝶阀系统的核心机构，主要由液压缸、活塞杆、密封件、联动机构、蝶阀阀杆等部件构成，图1为“奋进号”三种液压蝶阀执行机构的组成图，表1为三种液压蝶阀执行机构关闭位置图对应部件的名称和材质。

表1 液压蝶阀执行机构部件表

图2 部分失效密封圈  

    2 液压蝶阀密封件失效分析

    “奋进号”于2002年建成投产，油舱和SLOP舱共有26个舱底液压蝶阀，截至2004年5月，有16个舱底液压蝶阀液压油出现泄漏现象，影响液压蝶阀的开关，当时判断液压油泄漏有两种可能，一是液压管或管接头泄漏，一是液压蝶阀执行机构密封件损坏失效。

    2.1 执行机构解体检查

    解体液压碟阀驱动器，通过观察和分析，发现两个液压驱动器结构比较合理，活塞杆光滑，无锈蚀、磨损和划伤，失效密封件为唇形油封，已严重老化开裂，密封材料有明显的老化和腐蚀现象，从图2中可见，密封圈唇边受高温液压油的长期侵蚀作用已老化变脆并开裂脱落，密封的唇边颜色变黄，即使是完整的密封圈，唇边一侧和密封背部颜色也有明显差异。

    2.2 密封件失效原因分析

    从失效密封件的形态分析，确定密封圈老化或腐蚀，进一步确认密封材料在较高温度或有腐蚀性气体（液体）中长期使用导致材料老化变质，从而开裂甚至变成粉末状。

    3 密封件的优化与措施

    3.1 优选密封件材质

    通过与国内密封件加工技术拔尖的厂家进行深入交流与讨论，最终选定聚四氟乙烯加石墨和青铜制造出新型的密封圈。密封圈中加入石墨是为了耐高温、耐腐蚀，加入青铜是为了提高支撑强度，而选取聚四氟乙烯的原因是它具有以下特殊性能。

    （1）卓越的耐腐蚀性：能够承受除了熔融的碱金属，氟化介质以及高于300℃氢氧化钠之外的所有强酸（包括王水）、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。

    （2）极强的耐绝缘性：不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018Ω·cm，介质损耗小，穿电压高。

    （3）优异的耐高低温性：对温度的影响变化不大，温域范围广，可使用温度190℃～260℃。

    （4）独特的自润滑性：具有塑料中最小的摩擦系数，是理想的无油润滑材料。

    （5）突出的表面不粘性：已知的固体材料都不能粘附在表面上，是一种表面能最小的固体材料。

    （6）优异的耐大气老化性：耐辐照性能和较低的渗透性-长期暴露于大气中，表面及性能保持不变。

    3.2 加强维护管理

    （1）对液压蝶阀系统液压油的定期取样分析化验，减少因液压油的变质或杂质对密封件的腐蚀损坏。

    （2）在液压蝶阀系统换油或对液压部件进行维修时，应彻底排干净轴向液压缸工作腔内的空气。

    （3）对液压源的出口流量控制阀进行定期检查，确保系统平稳加压避免冲击。

    （4）液压蝶阀密封件优选应用成效。

    4 结论

    以上实际应用说明了优选后的新型密封件的材质、强度以及抗老化性能都得到了较大提高。由于洗舱和液压蝶阀进舱维修作业需要7天30人的工作量，采用新的密封件，不仅大大延长作业周期，取得良好的经济效益，而且也规避了作业过程中存在的高风险，确保“奋进号”的船控液压蝶阀系统功能长期高效运行。同时，也为其它类似的油田原油生产液压蝶阀的改进提供有益的借鉴经验。 

    2005年11月份第三次洗舱开始更换使用优选制作的密封件，对15个舱底液压蝶阀更换新密封件，除了2个液压蝶阀是因安装错误造成泄漏以外，其它13个液压蝶使用了64个月（5年多）未发现泄漏现象。