阀门技术之——【阀门盘根】

逸散泄漏防控的范围既包括挥发性有害物质泄漏——防止污染环境，也包括蒸汽和其它低温惰性介质泄漏——防止生产效率降低。从根源上防止泄漏，应该说是不二之选。具体而言，需要精心设计壳体，合理选择盘根材质和结构，以及正确的安装。通常填料函内可容纳四至六个盘根环，而阀杆的密封元件，少则一至二个，多则如升杆结构那样，可能有七个盘根环。盘根环可以采用编绳法或模压成型法制造。编绳法制造的盘根材料，可以按照心轴/阀杆的圆周长度切割成段，切口呈45º（斜接）或90º（垂直）。

推荐采用斜接法，因为在轴向载荷的作用下能获得更好的端面结合效果。必须注意，每个盘根环必须完整环绕心轴/阀杆的整个圆周；最好的状态是，盘根环外侧与填料函内壁间的紧密度，高于盘根环内侧与阀杆间的紧密度。如果切口处的盘根绳头过长导致堆叠，或者过短导致空缺，都会导致盘根环密度不均匀，成为潜在的泄漏路径。

压缩和载荷

安装盘根时，必须依次将各个盘根环安装到位，直到完成全套盘根组。如此可确保轴向应力分布均匀，并降低摩擦力和泄漏率，降低甚至避免将来更换盘根或重新紧固压盖的需求，从而延长盘根组的使用寿命。

图1

反之如果一次性安装一套五个盘根环，那么最靠近压盖随动件的顶端盘根环受到的载荷最大，但最贴近工艺介质的最底层盘根环受到的载荷很小，甚至可以忽略不计。原因是盘根环会降低轴向载荷，底层盘根环阻止介质泄漏的效果就会变差，无论其是切割缠绕还是模压成型盘根。还有一种情况是对盘根环顶端施加的载荷过大，导致阀杆转动时的摩擦力过大，甚至损坏盘根组（图1）。从一些数据可以看出，如果安装作业正确规范，盘根组在经历100次机械循环后，应力松弛的程度最高不超过20%。但如果安装不正确，应力甚至会减少60%左右，以至密封性能不再可靠。

温度限制

只有在特定温度范围内，盘根和密封材料才能有最佳性能表现。例如，聚四氟乙烯(PTFE)的温度范围大约是零下101℃和232℃之间。如果应用于温度更高的环境，它的分子结构就有可能改变，导致有害气体泄漏，进而使阀杆发生腐蚀，甚至导致有毒的聚四氟乙烯烟气从压盖随动件顶端逸出。

此类烟气甚至可能具有致癌性。此外随着烟气释放，盘根材质会软化，重量会减轻，并导致有害工艺介质泄漏，或是产品泄漏。如果采用的是柔性石墨，适用的温度范围自然不同。在氧化气氛中，一般是零下196℃和450℃之间。

综合考虑材质特性，例如灰分、氯化物、硫、氟化物及其它卤素化合物的含量，以及制造商提供的氧化质量损失信息，可以判断出石墨盘根最高可在450℃环境中可靠防止逸散泄漏，在不会发生氧化反应的蒸气工况中，最高能承受650℃。柔性石墨和聚四氟乙烯(PTFE)都广泛适用于PH值0-14的各种介质；石墨材质在有些情况下还适用于火灾安全密封。

危害与风险评估

开始安装盘根前，应该先进行全面的危害与风险评估。首先要妥善隔离阀门，确保安全施工。操作人员应按规定穿戴防护服和护目镜。用盘根清理工具将填料函中的旧盘根全部清除干净（图2）。

图2

用检修镜仔细检查阀杆是否有点蚀和划伤，并确保旧盘根已被彻底清除干净。必要时进行翻新。然后测量阀杆外径、填料函内径和填料函空腔深度，以便准确计算盘根尺寸。

图3

盘根环半径的计算公式是((OD-ID)/2)，接着计算出多少层盘根环的厚度，能和填料函空腔深度相匹配。可将盘根材料围绕在直径和阀杆相同的心轴上，垂直切割（沿径向）；也可以用盘根专用切割工具斜切。需要谨慎避免沿长度方向拉伸盘根材料，亦要避免其受挤压导致横截面变形。同样需要注意的是，切割面必须整齐利落，切面上不可以有杂质或碎屑。

各自独立的盘根环

绝不能用绕线圈的方式将盘根材料装满填料函，而是用专用切割工具切割盘根编织材料，并制成独立的盘根环，切口呈45º（斜接）（见图6），这样可以利用载荷获得更好的端面结合效果。

图4

需要查看每个盘根环的大小是否刚好匹配填料函；每个环的接口都妥善对接，而且要最大限度和填料函内壁紧密贴合，不可通过拉伸编织材料使其与内径相匹配。后续安装的所有盘根环，尺寸和切割方式都必须和第一个相同。

预制成型盘根环非常普遍，无需现场切割，因此容易安装。首先检查阀门压盖螺栓、螺母和垫片，如有破损应当更换。螺栓和螺母都需涂润滑脂。为了有效控制逸散泄漏，必须要用扭矩扳手，并遵守盘根供应商提供的操作规程。

转动阀杆

填料函同样也要确保清洁无杂质和油脂。将第一个盘根环放入填料函，留意接口的位置，应当首先将接口部位塞入填料函，然后再塞入盘根环的其余部分。如果是柔性石墨模压盘根环，应当将每个环都拉伸成螺旋状后（图5）再安装到位，以避免盘根环损伤。每次安装一枚盘根环，确保其已经在填料函内压紧并坐实后，方可安装下一枚。如果压盖随动件的长度不足以到达填料函底部，则安装盘根环时需要临时工具或加长环辅助。

图5

除非有明确规定，否则密封元件不可以润滑处理。按照制造商提供的操作规范，对安装好的第一枚盘根环施加载荷。对下一枚盘根环重复同样步骤，每次仅限安装一枚。任何两枚相邻盘根环的各自接口，必须分别在90º和180º的位置（图6）。安装完成之后，必须操作阀杆，使阀门在开、关位置循环三至十次，以便确保盘根组妥善坐实。在此过程中，盘根组会发生一定程度的松弛，因此完成开关操作后，应当按照制造商提供的参数重新紧固，以便有充足裕度抵消将来发生的松弛。同理，阀门按照正常工况投入使用后，应对盘根组进行最后一次紧固，为将来发生的应力松弛储备足够裕度。

图6

避免泄漏

如果正确安装盘根，由轴向应力转化为径向应力时的衰减就会降低。这有助于盘根在更长时间内维持可靠的密封性能，以及合理的摩擦载荷分布。在此基础上，阀门的逸散泄漏密封性能，乃至生产效率都会显著提高。

二十世纪七十年代，如果阀门盘根每分钟泄漏若干滴液体，还是可以被接受的。当前时代，政府的立法导向是要消除泄漏，并且出台了相关监管法规、规程，用于查找、降低和控制阀门逸散泄漏。此外，制造商和终端用户都要求阀门顺利通过各种标准的试验，比如ISO15848-1、API 624和API 641。

正确的盘根安装规程是决定密封性能合格与否的要素之一。而密封性能则是判断阀门供应商的价值是否超越同行的重要标志。