【技師論文】《氧氣廠上塔污氮閥密封改造與改進設(shè)計》

1、 氧氣廠三萬五空分上塔污氮閥密封改造與改進設(shè)計 申報職業(yè) : 機 修 鉗 工申報級別 : 高 級 技 師單 位 : 北京首鋼氧氣廠氧通氣體設(shè)備維檢中心姓 名 : 王 志 井日期:2007年10月12日氧氣廠三萬五空分上塔污氮閥密封改造與改進設(shè)計摘要:本文主要描述北京首鋼氧氣廠三萬五空分上塔污氮閥密封缺陷分析,以及其密封結(jié)構(gòu)的改造。通過改造:1.密封槽改進“T密封”密封形式,替換為國內(nèi)常見的O型圈密封;2.把原有的單圈密封增加為三層,提高了密封效果;3.增設(shè)了外筒夾板,消除了由于氣缸筒變形引起的泄漏可能。并針對該污氮閥的選取、設(shè)計、安裝等工作中存在的問題提出了符合現(xiàn)場實際的意見。同時針對原設(shè)計中

2、存在的問題,繪制出標準的生產(chǎn)圖紙。提高了班組維檢的技術(shù)能力,為今后氧氣廠的檢修、安裝維護提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:上塔污氮閥O型圈T密封改造1 緒論北京首鋼氧氣廠35000NM3/h機組,于2004年引進自法國液空。戶外式全低壓、全板式、規(guī)整填料空分塔及采用無強制氬工藝,各種稀有氣體全提取、采用“立式徑向流雙層床”分子篩吸附凈化、氧氣、氬氣內(nèi)壓縮流程,由計算機(DCS集中自動控制,可以采用自動和手動啟動操作。1上塔污氮閥是空分塔上塔分離的不純氣體氮輸出至主板式換熱器的輸出控制閥,通過控制葉片開度調(diào)節(jié)輸出流量,完成對空分系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。是空分中最重要的氣體閥之一。1北京首鋼氧氣廠三萬五制氧設(shè)備技術(shù)操作

3、規(guī)程(試行本,首檢規(guī)(F2104-2005,首鋼氧氣廠機動科,(A4散裝,無相應(yīng)標準頁碼2 故障及其影響2006年1月,首鋼氧氣廠三萬五空分上塔污氮閥PV1626密封失效,閥門關(guān)閉后無法氣動打開。三分鐘后,持續(xù)無響應(yīng)動作,操作工決定手動開啟;十五分鐘后系統(tǒng)操作完成,并逐漸恢復(fù)正常,但閥門依然無法氣動開啟;此后約每半小時一次的閥門開關(guān)操作改為手動。2上塔污氮屬于三萬五主流程之一,直接影響空分塔的制冷、分子篩的置換、稀有氣體的制取。上塔污氮閥PV1626屬于頻繁開關(guān)的高壓氣體閥,對閥門開度有很高的精度要求,而手動根本不可能達到系統(tǒng)操作的要求。PV1626搶修迫在眉睫。33 故障原因分析如下圖一,污

4、氮閥PV1626是一種氣缸氣動帶動閥門葉片動作的自動手動兩用閥。歐盟瑞典(BETTIE公司設(shè)計生產(chǎn),閥門型號G5628-SR4CW。承壓能力大,氣源氣壓要求很低,適用于各種大流量氣液流體要求。4如圖,閥門氣缸左右兩側(cè)各開一氣孔,通過氣孔調(diào)節(jié)活塞兩側(cè)的氣體壓差,帶動活塞移動;活塞通過連桿把往復(fù)運動傳遞給球接頭;球接頭由滑拐把活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為豎直軸向轉(zhuǎn)動,并由閥片桿傳遞給閥門閥片,以起到控制閥門的開關(guān)效果。流量控制0100000NM3/h,分100個開關(guān)控制位置,響應(yīng)速度3s,可以根據(jù)管路情況,在很大精度上快速調(diào)節(jié)流體流量,達到穩(wěn)定管網(wǎng)的要求。2北京首鋼氧氣廠三萬五崗位操作記錄(丁班,2006

5、-01-173北京首鋼氧氣廠三萬五制氧設(shè)備技術(shù)操作規(guī)程(試行本,首檢規(guī)(F2104-2005如圖,氣缸軸向設(shè)置兩根拉緊桿起到固定氣缸蓋的作用;連桿箱內(nèi)左右各一極限位置調(diào)整螺栓,以控制閥門的左右極限位置。 圖一:污氮閥PV1626結(jié)構(gòu)示意圖(俯視表一:PV1626密封點數(shù)、密封線長度匯總 表二:PV1626密封形式匯總 如上表一所示,該氣缸總共包含13條密封,動密封4條,任何一條密封失效都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。密封點的過多將很大程度地降低密封的可靠性。閥門設(shè)計密封點過于多是閥門密封失效的根本原因。如表一所示,密封線的總長度7962mm(近8米,動密封2655mm。在較高的壓差(36KPa、管道

6、溫度變化懸殊、管道振動等因素的綜合影響下,如此長的密封線很難保證長時間的穩(wěn)定。閥門設(shè)計密封線過長是閥門密封失效的重要原因。所有的密封點均采用了單道的密封,密封只有一層,很難保證密封的有效。經(jīng)測量,氣缸壁厚只有3.96mm,采用普通薄鋼板彎折焊接而成(焊縫內(nèi)面經(jīng)打磨平整,較少存在泄漏的可能。拆卸下后,平放時,明顯觀察到筒體的變形,軸截面呈嚴重的橢圓形。由于未知氣缸壁的材質(zhì),未能得到氣缸壁變形以及剛度的數(shù)值。而且在實際生產(chǎn)中,此閥門的失效應(yīng)屬于密封失效,氣缸壁的微小變形都將導(dǎo)致泄漏,而不會出現(xiàn)剛度失效。3.5.“T密封”不適宜于存在徑向壓力的部位如下圖,“T密封”是一種比較先進的動密封,適用于各種

7、高壓動密封,國內(nèi)暫時沒有廠家獨立掌握此技術(shù),在北京沒有生產(chǎn),同時五金市場上也沒有相應(yīng)的商品出售。但在此設(shè)計中,使用“T密封”是一種選型錯誤。 圖二:“T密封”刨面示意圖 圖三:“T密封”組合示意圖如圖,“T密封”以氟橡膠作為支撐環(huán),非常薄的石墨環(huán)作為摩擦密封面。由于PV1626的氣缸外殼剛度不高,存在外殼變形,所以該密封處存在很大的徑向壓力。而作為摩擦密封面的石墨環(huán)非常薄,很容易在長時間的摩擦積累中磨損失效;同時由于石墨彈性較小很容易形成某一特定部位的偏磨,而另一位置由于壓力差關(guān)系而形成間隙,造成泄漏。4 改造方案針對以上故障原因分析,車間協(xié)商,對PV1626作如下改造。 圖四:兩端面與筒體靜

8、密封改造示意圖此處原始設(shè)計僅有一道4.7mm的O型圈密封,為了增加密封效果,增設(shè)兩道5.3mmO型圈密封。(由于外殼變形,無法測得外殼內(nèi)徑,密封處配合間隙未知,未能參照標準設(shè)計。開槽尺寸采用經(jīng)驗值,加工參量現(xiàn)已遺失。 圖五:拉緊桿靜密封改造示意圖如圖,原始設(shè)計采用O型圈“硅34.7×3.55”,是一種標準件。在改造設(shè)計中,由原來的硅橡膠改選為氟橡膠,以降低因為溫度驟變而對壽命產(chǎn)生的影響,型號不變“氟34.7×3.55”。 圖六:機械設(shè)計手冊O(shè)型圈查詢5 圖七:機械工程手冊O(shè)型圈溝槽加工尺寸(截圖6連桿處靜密封,原始設(shè)計“硅44.7×4.1”,改造為“氟44.7&#

9、215;4.1”,其它不變。示意圖略。5中國制造業(yè)數(shù)字化信息源,機械設(shè)計手冊(軟件版V3.0潤滑與密封裝置密封件、密封成形填料密封橡膠密封件O形橡膠密封圈一般應(yīng)用的O形圈內(nèi)徑、截6查詢地址:機械工程手冊(5機械零部件設(shè)計卷第11篇:密封第三章:P11-36頁d036。 圖八:活塞動密封改造示意圖同上,原始設(shè)計“硅4.1”,增設(shè)改造“氟5.7”。O型圈改造選型為:“氟39.7×4.1”,外側(cè)和端側(cè)添加聚四氟乙烯塑料以控制O型圈的密封。由于加工限制,四氟墊圈不可過薄,所以不可選用較粗的O型圈。由于此端面回轉(zhuǎn)半徑過大,車床加工限制,不能如上述其他改造方案采用三層結(jié)構(gòu)。氧通維檢中心 高級技師

10、論文 圖九：原始設(shè)計“T 密封”示意圖 圖十：O 型圈改造設(shè)計示意圖 44氣缸筒外側(cè)夾裝“定圓夾板” 氣缸筒外側(cè)夾裝“ 圓夾板” 11 氧通維檢中心 高級技師論文 圖十一：外側(cè)夾裝夾板示意圖 5 改造效果 改造效果 自 2006 年 2 月底，以如上方案對三萬五上塔污氮閥進行改造，改造至今 的一年半的時間里，該閥門運行正常，未出現(xiàn)泄漏和開關(guān)失效的情況。2007 年 6 月對此上塔污氮閥進行大修檢查，檢查結(jié)果顯示該氣缸密封完好，所有 密封點未出現(xiàn)任何過大的磨損和機械損傷，未出現(xiàn)外殼明顯損傷，外殼沒有 變形，夾板緊固可靠，所有連接點靈活穩(wěn)固。 07 年 6 月廠組織正式發(fā)文，公布此次改造成功。同時

11、表示此次成功改造 對今后的的設(shè)備維護與改造有很高的借鑒意義。 6 設(shè)計改正意見 此次氣缸泄漏引起的閥門失效，主要原因是設(shè)計錯誤、零件選型錯誤、 安裝錯誤等造成的，針對這些問題，筆者提出以下意見，以完善閥門設(shè)計并 為以后安裝改造提供依據(jù)。 12 氧通維檢中心 高級技師論文 61拉緊桿設(shè)置錯誤 拉緊桿只起到固定拉緊筒體和端蓋的作用，不應(yīng)設(shè)置在氣缸內(nèi)。拉緊桿 設(shè)置在內(nèi)部會增加很多密封點，增加泄漏可能。 拉緊桿應(yīng)設(shè)置在筒體外側(cè)，起到緊固的同時減少密封要求。 62選取壁厚較厚、剛度較高的筒體 選取壁厚較厚、 筒體由普通薄板彎曲焊接而成，在選材時應(yīng)選擇較厚的鋼板，以提高筒 體的剛度，避免由于筒體變形對密封點造成不均衡的壓力，避免泄漏產(chǎn)生。 63增寬密封處，至少設(shè)置兩道以上 O 型圈密封 增寬密封處， 7 修正后的設(shè)計圖 綜合各方面改進意見，參考三萬五上塔污氮閥改造經(jīng)驗，根據(jù)上文所述 改進意見，對 公司的 G5628-SR4CW 型氣動閥作如下優(yōu)化設(shè)計。 設(shè)計圖見附頁一和附頁二。附頁一為氣缸部分的設(shè)計組裝圖，不包含連 桿箱部分；附頁二為氣缸密封點