01 概述
在渣油、重油、蜡油及汽油脱硫等工艺处理过程中，介质具有高温、高压、含固、粘稠等特点，该装置采用的阀门均为球阀。装置使用一段时间后，常出现系统充压不足，连锁保护装置报警、跳停的状况。排查中发现，现场使用的浮动球阀服役一段时间后，出现卡塞、无法有效密封，导致系统充压不足，故障跳停。球阀的故障制约着系统的稳定、可靠、长周期 稳定运行发展。
02 故障分析
现场使用的固定球阀没有发现问题，出现问题的为存在反向压力工段的浮动球阀。阀门为单向密封（图 １），碟簧方向为高压端，正向压力工作时，阀门没有任何问题。当系统存在反向压力时，球体会脱离主阀座，导致介质进入球体和阀座间隙，并附着其表面。当反向压力持续时间越长，这种影响越为恶劣。当再次恢复到正向压力时，由于球体和阀座密封面被介质垫起，阀座和球体无法有效贴合，即便是存在锋利的刮刀，也无法有效将附着在表面的粘 着物清理干净，从而造成泄漏及无法有效关闭等问题。
图1 单向密封浮动球阀
03 结构改进
阀门其他部位不做更改，仅对阀座结构进行改进，使其阀座左右对称，阀门没有安装方向要求，任意方向均可安装（图2），均可有效实现双向密封。
图2 双向密封浮动球阀
弹簧不再采用螺柱弹簧，而采用碟簧。螺柱弹簧需要过多的保护，使阀门结构变的复杂，并且介质堵塞很容易使螺柱弹簧无法有效移动。其设计理念为保证介质要进的来，还要出的去，所以，要防止物料的堆积，仅仅靠传统的防尘设计并不能有效的解决问题。实践中证明，采用开放式的结构，更能有效解决物料堆积问题。应利用介质本身的流动和阀门开关运动进行介质松散和排放。支撑环上加工有大圆弧面，不再是传统的直角和倒角过渡，利用介质的冲击力进行自清洁，可将堆积在开缝中的物料在开关过程中松动并且冲走。同样，在阀座背面加大的圆弧面，有利于介质排放。嵌入在支撑环的销轴具有限位作用，且采用销轴结构，占用空间小，减少介质的堆积的同时，在回弹过程中防止卡塞。当系统存在反向压的时候，整个阀座的力量压在销轴上，而不是压紧石墨圈，可防止石墨材料失去弹性，保证阀座密封面能够有效回弹。阀座采用锋利的刮刀，将粘附在密封面的沉积物去除（图3）。
图3 阀座结构
嵌入在支撑环中的销轴，应防止掉出，多数采用过盈配合及点焊方式。碟簧顶在支撑环和压环上，形成一个密闭的内部空间，杂质很难进入。通过碟簧的预紧力迫使石墨变形，形成阀座和阀体间的有效密封。
通过结构的变化，该浮动球阀已不是传统的阀后密封，而变为阀前密封，扭矩也会增加2倍， 所以选择执行机构的时候，需要确保可以打开阀门，同时，伴随着扭矩的增大，驱动链也应具有足够强度，防止阀杆等连接部位变形。为保证现场使用带载开关的平稳性，阀座与阀座函的间隙应控制准确并尽量小，实现强有力的刮除介质作用，并且作为阀前密封。阀座头部应有足够刚度，防止阀座翘曲及卡塞在阀座函中。
04 工艺控制
阀门功能性变强的同时，其结构变得复杂，故而需要较高的加工工艺来保证，现分别对各个关键零件进行分析。
（1）阀座
在防止高温胀塞的前提下，通过合理选材及准确的设计计算得到的阀座外径尺寸，应与阀体的阀座函间隙尽量小，防止物料进入缝隙中，阻碍阀座在阀座函内的有效滑动。除阀座密封面处锋利刮刀刮除球体表面杂质外，阀座外径也应保持尖锐倒角，以实现阀座在轴向活动中对阀座函堆积物料进行清洁刮擦。阀座背面也开有较大倒角，在开关过程中，利用介质的流动特性进行泄灰排渣。
（2）碟簧
碟簧产生的推力充足，应能有效的将粘附在球体表面的介质清除，并且要保持足够的稳定性。因此，碟簧应有足够的厚度和压缩量。碟簧表面平整，防止杂质进入碟簧内部，堵塞缓冲空间，限制阀座和球体的轴向移动。
（3）阀体阀盖
因阀座和球体作为一个整体在阀门内腔左右平行的移动，故而需要较高的加工精度。阀座函与阀体一次装夹，可保证其同轴度。阀体和阀盖间的配合止口应小间隙配合，确保阀体和阀盖的阀座函具有较高同轴度，从而保证阀座球体在阀腔内平滑移动。
（4）销轴
销轴所起的作用除了减少与阀座的接触面积，防止介质堆积外，还有一个重要作用为受力限位止动，故销轴平面的平面度很重要。所有销轴应保持同样高度，在介质压力作用下，球体和阀座整体移动，应平整的落在销轴上，否则阀座偏转，在压力作用下会导致阀座歪斜，卡塞在内部无法有效回弹。为防止在高温下销轴膨胀松动，可对销轴和支撑环的结合处进行点焊。组合后的支撑环和销轴，为保证有相同高度，可进行二次精加工，确保有相同高度。
（5）石墨圈
石墨圈原则上要求致密度大且具有一定的弹性。在较小的碟簧推力下能有效的对阀座和阀体进行可靠密封。且在较长的时间内，不会因为受力压缩而轴向变短，导致碟簧有效压缩量变小，推力下降导致球体向下滑落影响阀门密封。
（6）支撑环
支撑环开有大圆弧过渡工艺铲刀，在阀门启闭运动及介质压力下球体阀座左右移动中，利用结构特性及介质流动，将堆积的物料进行松动，清除，达到自清洁目的。为防止支撑环移动及进入固体物料，应采用与阀体过盈配合或点焊方式。固定的同时，应同时考虑可拆装的维护性。
05 结语
反向压力、开关不频繁的双向密封场合。实践中发现，在不同的工段应采用不同的结构，不存在一个结构适用于所有工况，也不存在同一个阀门适用于所有位置，故而应针对不同的工况和位置进行设计和选型，从而以最小经济投入确保化工装置持续可靠稳定运行。