一、問題概覽
1、苯乙烯反應器 ABC 進出口管線共有切換隔離用三偏心金屬密封蝶閥，裝置開工後，陸續出現閥門關閉至小開度閥位就卡澀，甚至電動頭過載，且出現不同程度的內漏，尤其時C 反應器的 KSV -1 、 KSV -2 內漏過大，導致 C 反無法EBwash 及持續執行。
2、KSV -1 下線，初步檢查發現：
閥門在關閉狀態下頂部密封面透光，閥板密封面與閥座密封面在頂部有比較嚴重的摩擦，閥板密封面頂部硬質合金脫落，閥座密封面摩擦損傷，邊緣有切削下來的金屬絲。除頂部摩擦外，其餘位置無可見的摩擦損傷痕跡。閥板密封面噴塗的硬質合金層被擠壓剪下脫落長約 200mm（見圖1）。形成的透光縫隙（約 0。75mm 寬）及密封面邊緣有多條擠壓切削下來的金屬絲（見圖2）。
圖1
圖2
3、KSV -2 下線，初步檢查發現：
閥門在關閉狀態基本上整圈密封面透光，塞尺測量密封面間隙為 0。15mm~0。75mm （下部間隙 0。75mm ，左右兩側間隙 0。3mm ，頂部間隙 0。15mm ）；閥板密封面與閥座密封面在頂部有摩擦傷痕，且邊緣有擠壓切削下來的金屬絲。閥座頂部密封面摩擦傷痕（見圖3）。閥板密封面邊緣有擠壓切削下來的金屬絲（見圖4）。
圖3
圖4
4、C 反應器停用後， KSV -3 閥門（熱態）在關閉狀態下操作員啟動電動頭試圖開閥，在開度 3% 時電動頭過載，人工繼續手動開閥至開度 5。4% 後再也無法開啟。之後一直處於關閉狀態。 KSV -3 閥門（冷態）下線前，手動開閥無卡澀感，能正常開啟閥門。下線後檢查，閥板密封面與閥座密封面在頂部有比較嚴重的摩擦，閥板密封面頂部硬質合金脫落長約 180mm ，閥座密封面摩擦損傷，表面金屬層捲起，密封面頂部有透光縫隙 。閥板密封面噴塗的硬質合金層被擠壓剪下脫落長約
180mm （見圖5），形成縫隙（約 0。66mm 寬） 。閥座密封面摩擦損傷，表面金屬層捲起（見圖6）。
圖5
圖6
5、
KSV -2
下線檢查，閥板密封面與閥座密封面在頂部及底部有摩擦損傷痕跡，頂部摩擦傷痕比底部要嚴重一些。密封面頂部有透光縫隙。見圖7、8
圖7
圖8
二、三偏心金屬密封蝶閥基本結構
三偏心蝶閥閥板和閥座的密封面是不太規則的異形曲面，密封面加工精度要求高，加工難度大。
圖9
1、三偏心金屬密封蝶閥基本結構
苯乙烯反應器ABC的12臺LEUSCH三偏心金屬密封蝶閥基本結構：
（1）閥座密封環、閥板密封環均為沉頭螺栓固定的可拆結構；
（2）閥板密封環表面噴塗硬質合金層，透過沉頭螺栓固定在閥板上；
（3）閥座密封環透過壓環壓緊，壓環透過沉頭螺栓固定在閥體上。
圖10
圖11
2、三偏心金屬密封蝶閥基本結構
在複雜應力及熱膨脹情況下，在閥門關閉時為了能保證有效密封，期望透過以下結設計來使得閥板密封面與閥座密封面貼合良好：閥座壓環上的沉頭螺栓緊固力矩不超過 75NM，從而得到施加在閥座密封環上的一個合適值的載荷，閥座密封面可以在這個合適值的載荷下能自由浮動。
圖12
圖13
圖14
三、原因分析
但從閥門實際的執行操作以及下線檢查情況來看， KSV -1/2 均存在以下不同程度的情況：
1、密封環變形；
2、密封環頂部密封面擠壓摩擦損傷，頂部的擠壓導致閥門在大約關閉至 4% 開度以下時閥門關閉的扭轉異常增大；
3、閥座密封環不能按照設計意圖有效地浮動微調，以達到與閥板密封環貼合有效密封。
LEUSCH 三偏心蝶閥閥座密封面的壓環位於法蘭密封面部位，按照標準，壓環表面低於法蘭密封面 +0。00 至 -0。25mm，KSV -2 該部位實際測量為 +0。05 至 -0。05mm。
以 KSV -1為例， DN900/CL150 法蘭有 44 條 M24 螺栓，在閥門安裝在管道上法蘭螺栓緊固後，估計每一條螺栓的拉緊力達幾頓甚至十噸以上，整個配對法蘭的緊力達數百噸。以下圖片為該閥下線拆除的舊墊片，從墊片纏繞帶被壓縮後的狀態及變形量來判斷，預估可能約一半左右的配對法蘭的緊力載入在壓環上，這個直接載入在壓環的壓力少則幾十噸，這麼大的載荷從而導致壓環下面的閥座密封環不能為了配合閥板密封而微浮動。
3種規格配對法蘭螺栓緊固力計算：
圖15
注：以上表格扭矩按照 SEI 《 緊韌體扭矩規定 》 來計算， 塗有 molykote1000 ，摩擦係數按 0。11 計算 。管道操作壓力比較低，
對法蘭的張力未考慮
。也未考慮熱膨脹等複雜應力對法蘭的影響。
從計算結果得出：配對法蘭相互之間的壓緊力達最小超過 500 噸力，最大超過 1300 噸力。
配對法蘭間的壓緊力只要有一部分作用在閥座密封環的壓環上，就足以導致閥座密封環無
法自由浮動。
苯乙烯反應器ABC 的 12 臺 LEUSCH 三偏心金屬密封蝶閥組成件材質：
1、閥體： A216 -WCB ，碳鋼；
2、閥板： 316SS ，奧氏體不鏽鋼；
3、閥杆： XM -19（S20910/NITRONIC 50） ，奧氏體不鏽鋼；
4、閥板密封環： 316SS+Stellite ，奧氏體不鏽鋼 +噴塗硬質合金；
5、閥座密封環： 316SS ，奧氏體不鏽鋼；
6、閥座壓環：碳鋼。
熱膨脹的影響：閥門各金屬元件材質不同，其熱膨脹係數也不相同，在我們常用的金屬材料中，奧氏體不鏽鋼的熱膨脹係數比較大，碳鋼的熱膨脹係數相對小些。在接近 310 ℃ 的操作溫度下，閥門各金屬元件均產生熱膨脹，但閥內件（閥板、閥杆、密封環）的膨脹量比閥體要大，經初步計算長 900mm 的閥杆比閥體膨脹量要大約 0。76mm 左右。閥杆底部為止推軸承，不能往下部膨脹伸長，從而帶著固定在閥杆上的閥板往上膨脹伸長。在閥座密封環被強力載荷壓死不能微浮動的情況下，將導致閥座與閥板密封環頂部擠壓造成損傷，閥座與閥板密封環底部造成縫隙導致洩漏。KSV -1頂部嚴重擠壓， 0。75mm 厚的硬質合金長約 200mm 被擠掉，邊緣還有幾條擠壓剪下的 316SS 金屬絲。
以 KSV -1為例計算熱膨脹差：
直徑 DN900 ，操作溫度 312 ℃ ，溫升 290 ℃ （工作溫度 312 ℃ -常溫 22 ℃ ），根據查詢的平均
熱膨脹節係數進行計算。
計算結論：
1、閥杆將往上熱膨脹約 0。76mm（ 攜帶與之固定在一起的閥板及閥板密封環 ）。
2、閥座密封環直徑方向與閥體的熱膨脹差約為 1。02mm 。但因受到壓環及管道配對法蘭的強力擠壓，其難以達到自由熱膨脹的設計目的，將導致閥板密封環與閥座密封環頂部擠壓及閥門關閉力矩過大，並容易導致閥座密封環因不能自由熱膨脹而發生不規則變形。
圖16
熱膨脹的影響：
KSV -2密封環頂部擠壓摩擦，密封環底部冷態下出現最大縫隙 0。75mm 。
噴塗硬質合金脫落：拆檢 KSV -1 ，閥板密封環頂部噴塗硬質合金層脫落，測量硬質合金層厚度 0。75mm 。原廠新到 KSV -490 備件開箱檢查，閥座密封環一處噴塗硬質合金層因在原廠撞擊脫落，測量硬質合金層厚度 0。5mm 。 KSV -491 下線，測量脫落噴塗硬質合金厚度 0。66~0。67mm 。從損傷部位看，噴塗工藝硬質合金層與基材結合強度低，噴塗層內部金屬組織比較疏鬆，在熱膨脹擠壓 /剪下或者碰撞下比堆焊硬質合金層更容易導致硬質合金層損壞。
三、三偏心金屬密封蝶閥更換密封環維修
1、 KSV -482 在更換了新測繪加工的密封環後進行洩漏測試，出現洩漏部位比較多、洩漏量比較大的情況，經過多次施工砂紙打磨密封面及鬆緊沉頭螺栓微調整密封環密封配合位置狀態，多次測試洩漏情況有所改善。
2、透過密封環加工、安裝及洩漏測試的過程情況，以及 KSV -1 回裝到裝置後的洩漏測試情況來看，閥座密封環與閥板密封環兩者的密封貼合存在不太可控的狀態。
3、 KSV -2 更換了原廠家提供新備件， KSV -3更換了遠大新測繪加工的密封環，兩臺閥同時進行洩漏測試， KSV -3僅有兩處呈現小氣泡洩漏，而 KSV -2洩漏量雖然滿足洩漏標準要求但要比 KSV -3明顯大許多。