天然氣輸送管線中的閥門，會經(jīng)受各種污物的沖蝕，并在閥門關(guān)閉件與閥座配對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能與流速的平方成正比。當(dāng)這些高動能污物撞擊閥門內(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，被壓縮并儲存大量彈性勢能。當(dāng)天然氣通過開口進(jìn)入低壓大空間后，彈性勢能充分釋放，形成超聲速流動。此時(shí)氣體中污物的動能急劇增大，對閥門內(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，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，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排氣情況時(shí)，人體不得正對排污口。閥腔氣體排入大氣時(shí)流速高，若含有污物，可能對人體造成傷害。

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，通過觀測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。

若無合適、快速的方法確定內(nèi)漏部位，對于泄漏量不大的閥門，可同時(shí)對兩側(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)密封脂壓力超過彈簧施加于閥座的推力時(shí)，彈簧被壓縮，壓力將通過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，高動能污物將迅速沖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、對于第一種方法，還需增設(shè)自動釋放過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，可能造成球體無法轉(zhuǎn)動。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)，能自動釋放過剩密封脂壓力。

6、對于第二種方法，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，高速流動的密封脂將對下游管道及設(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、外購件費(fèi)用，以及注油槍、密封脂、清洗劑的儲備和操作人員培訓(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)無疑是對球閥改進(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，管理更為簡便，安全性也更可靠。