天然氣輸送管線中的閥門，會(huì)經(jīng)受各種污物的沖蝕，并在閥門關(guān)閉件與閥座配對(duì)密封面的一方或雙方上形成劃痕。大多數(shù)劃痕產(chǎn)生于管線投運(yùn)初期的施工垃圾，但也可能源于管道內(nèi)壁正常沖蝕后脫落的碎屑、熱攻絲作業(yè)產(chǎn)生的切屑，或受損清管器掉落的部件。

流體力學(xué)連續(xù)性方程表明，管線中各截面的流動(dòng)面積與平均流速的乘積為常數(shù)。因此，在閥門即將開啟或即將關(guān)閉的瞬時(shí)，球體通孔與閥座孔之間形成的狹小開口，會(huì)使該處平均流速達(dá)到閥門流道中的最大值。

流體及其中污物的動(dòng)能與流速的平方成正比。當(dāng)這些高動(dòng)能污物撞擊閥門內(nèi)部零件時(shí)，將導(dǎo)致表面材料流失，造成閥門密封功能喪失，進(jìn)而引發(fā)泄漏。

天然氣為可壓縮介質(zhì)，與液體存在本質(zhì)區(qū)別。在特定工況下，流經(jīng)閥門狹小開口處的天然氣可能發(fā)生阻塞，被壓縮并儲(chǔ)存大量彈性勢(shì)能。當(dāng)天然氣通過(guò)開口進(jìn)入低壓大空間后，彈性勢(shì)能充分釋放，形成超聲速流動(dòng)。此時(shí)氣體中污物的動(dòng)能急劇增大，對(duì)閥門內(nèi)部零件的破壞作用顯著增強(qiáng)。

管線球閥中受損的主要零件為閥座及球體上游表面。數(shù)十年來(lái)，以卡麥隆為代表的閥門制造商持續(xù)開展研究，開發(fā)了多種應(yīng)對(duì)技術(shù)。

■ 旋轉(zhuǎn)閥座技術(shù)

球閥每次開關(guān)操作，閥座均繞自身軸線自動(dòng)旋轉(zhuǎn)15°，使狹小開口處的沖蝕損傷均勻分布于閥座環(huán)圓周方向，而非集中于固定位置。

■ 注入密封脂應(yīng)急密封技術(shù)

天然氣管線中安裝的球閥若在關(guān)閉狀態(tài)下發(fā)生內(nèi)漏，其下游將無(wú)法進(jìn)行任何作業(yè)，需要將上游大直徑管線中的天然氣放空后才能維修。該過(guò)程費(fèi)用高昂且亟需解決。

為此，開發(fā)了球閥內(nèi)漏應(yīng)急密封技術(shù)。改進(jìn)后的每臺(tái)管線球閥，在靠近閥座的閥體外表面均設(shè)有注油接頭。球閥發(fā)生內(nèi)漏后，可通過(guò)該接頭利用高壓油槍將專用密封脂注入泄漏路徑，阻斷天然氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急密封。

1、檢查內(nèi)漏情況

在確定球閥下游即將實(shí)施作業(yè)前，需先關(guān)閉球閥，打開閥體底部排污閥，排放閥腔截留氣體，隨后檢查球閥是否存在內(nèi)漏及其嚴(yán)重程度。

若排放一段時(shí)間后氣量逐漸減小直至為零，表明密封副完好，可繼續(xù)排放下游管線天然氣并開始作業(yè)；若氣體持續(xù)流出，表明密封副已損壞；若排氣量較大，則說(shuō)明密封副損壞嚴(yán)重。

出于安全考慮，操作排污閥排放及觀測(cè)排氣情況時(shí)，人體不得正對(duì)排污口。閥腔氣體排入大氣時(shí)流速高，若含有污物，可能對(duì)人體造成傷害。

2、上、下游泄漏點(diǎn)的確定

確認(rèn)內(nèi)漏后，還需進(jìn)一步判斷是上游密封副、下游密封副，還是雙側(cè)密封副同時(shí)泄漏，這涉及以下兩種應(yīng)急密封方式的選擇。

確定內(nèi)漏位置的方法之一，可在球閥上、下游管道各安裝一只壓力表，通過(guò)觀測(cè)壓力表示值變化判斷泄漏部位。示值下降表明靠近該側(cè)的密封副已損壞。但由于氣體可壓縮，壓力表指針變化緩慢，不易察覺(jué)。

若無(wú)合適、快速的方法確定內(nèi)漏部位，對(duì)于泄漏量不大的閥門，可同時(shí)對(duì)兩側(cè)閥座注油閥注入應(yīng)急密封脂。

3、確診球閥內(nèi)漏后，應(yīng)立即注入密封脂實(shí)施應(yīng)急密封。

該方式分為兩種：

第一種方法：利用注油槍通過(guò)閥體外表面靠近泄漏閥座的注油接頭注入高壓密封脂。該技術(shù)僅適用于著座面輕微損傷的場(chǎng)合。

第二種方法：閥門發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí)，需向具有雙重活塞密封效應(yīng)結(jié)構(gòu)的球閥閥腔內(nèi)直接注入超稠應(yīng)急密封化合物。

注意：第二種方法不適用于具有自釋放功能（單一活塞密封效應(yīng)）閥座的固定球球閥。因?yàn)楫?dāng)閥腔內(nèi)密封脂壓力超過(guò)彈簧施加于閥座的推力時(shí)，彈簧被壓縮，壓力將通過(guò)密封副間隙向閥門兩側(cè)中壓力較低的一側(cè)（通常為下游）逃逸，無(wú)法將密封脂封閉在閥腔內(nèi)以實(shí)現(xiàn)密封。

4、關(guān)閉球閥后通過(guò)排污閥排放閥腔截留天然氣前，必須同時(shí)做好注油應(yīng)急密封準(zhǔn)備。

確認(rèn)內(nèi)漏后，須立即關(guān)閉排污閥并盡快實(shí)施應(yīng)急密封，此點(diǎn)至關(guān)重要。因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)內(nèi)漏時(shí)，閥腔壓力為大氣壓，閥座前后壓差最大，流經(jīng)泄漏路徑的流速最高。若附近管道存在污物，高動(dòng)能污物將迅速?zèng)_蝕泄漏路徑形成大缺口，屆時(shí)再想密封為時(shí)已晚。這是應(yīng)急密封技術(shù)中的一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)。

5、對(duì)于第一種方法，還需增設(shè)自動(dòng)釋放過(guò)剩密封脂壓力的技術(shù)。

向閥座注入密封脂時(shí)，高壓密封脂將閥座緊壓于球體表面，導(dǎo)致摩擦轉(zhuǎn)矩大幅上升，可能造成球體無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，該技術(shù)還需引入一種機(jī)制：當(dāng)密封脂流入著座面后，推壓閥座至球體表面的力達(dá)到一定程度時(shí)，能自動(dòng)釋放過(guò)剩密封脂壓力。

6、對(duì)于第二種方法，需回收注入的密封脂并清洗閥腔。

關(guān)閉后球閥閥腔容積較大（較全開狀態(tài)增加了球體流道圓柱體體積），需注入大量密封脂方能生效，若不回收將造成巨大浪費(fèi)。

此外，開啟回收密封脂后的閥門時(shí)，在操作至全開位置的過(guò)程中，殘留于閥腔及球體流道中的大部分密封脂將被射入下游，高速流動(dòng)的密封脂將對(duì)下游管道及設(shè)備造成嚴(yán)重沖蝕。為防止該情況，開啟閥門前需使用清洗劑（如氣態(tài)冷凝物、乙二醇、甲醇或壓縮機(jī)油）反復(fù)清洗閥腔。

7、對(duì)于第二種方法，還需考慮安全因素。

密封脂為不可壓縮液體，注滿后僅需多注入數(shù)滴，閥腔內(nèi)壓力便會(huì)急劇上升；反之，釋放高壓時(shí)僅需排放數(shù)滴，壓力即迅速降至常壓。因此，使用高壓注油泵快速向閥腔注入密封脂，在閥體注滿時(shí)存在閥體破裂的不可忽視風(fēng)險(xiǎn)。為防止該情況，僅建議由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員執(zhí)行該程序。

此外，此類閥門為釋放閥腔內(nèi)異常升高的壓力，在閥體上設(shè)有泄壓閥。若向閥體注入超稠應(yīng)急密封化合物時(shí)無(wú)法控制密封脂壓力快速上升，高壓超稠密封脂可能損壞泄壓閥，甚至引發(fā)安全事故。

8、成本費(fèi)用

采用應(yīng)急密封技術(shù)后，需配置密封脂流入系統(tǒng)，涉及系統(tǒng)加工、材料成本、外購(gòu)件費(fèi)用，以及注油槍、密封脂、清洗劑的儲(chǔ)備和操作人員培訓(xùn)等諸多事項(xiàng)及費(fèi)用。

9、注入密封脂屬于事后補(bǔ)救、臨時(shí)一次性的密封技術(shù)。

無(wú)論向閥座還是閥腔注入應(yīng)急密封脂，均僅用于內(nèi)漏球閥下游需連接新管道、發(fā)送清管器或維修壓縮機(jī)等作業(yè)期間的臨時(shí)密封。后續(xù)開啟閥門過(guò)程中，應(yīng)急注入的密封脂將流失。多數(shù)情況下，為滿足泄漏點(diǎn)密封并重新達(dá)到氣泡級(jí)密封要求，需再次注入密封脂。此類應(yīng)急密封技術(shù)通常用于大直徑氣體管線，因該場(chǎng)合下維修或更換閥門不切實(shí)際，且費(fèi)用高。此外，該技術(shù)對(duì)野外操作亦不便。

綜上所述，管線球閥應(yīng)急密封技術(shù)屬不得已而為之的臨時(shí)性應(yīng)對(duì)措施。

注入密封脂的方法為事后補(bǔ)救的應(yīng)急措施，操作程序繁雜，需由經(jīng)驗(yàn)豐富、能迅速做出正確判斷的人員實(shí)施，且存在較多不可控風(fēng)險(xiǎn)。

在更優(yōu)技術(shù)出現(xiàn)之前，具有雙重活塞密封效應(yīng)結(jié)構(gòu)的球閥應(yīng)為較優(yōu)選擇，較應(yīng)急密封技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)球閥在上游密封副泄漏后，下游閥座密封副將自動(dòng)進(jìn)入密封狀態(tài)，使球閥繼續(xù)保持密封；且球閥發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)漏后，同樣可實(shí)施應(yīng)急密封。

在確定的使用壽命期限內(nèi)，能夠耐受管線污物沖蝕的技術(shù)無(wú)疑是對(duì)球閥改進(jìn)的期待方向，因其屬于事前預(yù)防技術(shù)，既能克服上述種種缺陷，又可節(jié)省大量人力、物力和財(cái)力，管理更為簡(jiǎn)便，安全性也更可靠。