高壓截止閥的燒蝕問題及解決方法

    燒蝕是指氣體被壓縮至高壓時所放出的熱量對密封面的破壞過程。對于硬密封結構形式的高壓氣體截止閥，因閥瓣與閥座均為金屬材料，其導熱性好，耐溫高，閥門在使用過程中不曾出現燒蝕問題。對于非金屬密封材料的閥瓣或閥座，由于其耐溫不高，導熱性差，高壓氣體閥門的防燒蝕問題，將是不可忽視的。

    1.截止閥使用與燒蝕情況的介紹

    幾年前，我們研制了一種高壓，工作壓力35MPa，閥瓣為軟密封結構。該閥經過45℃典型試驗，完全符合技術使用要求。經過幾年的使用，至今性能良好。但是此閥被選用在別處配氣板上，閥瓣密封面產生了嚴重的燒蝕。

    當J1,J2閥處于關閉，閥間管道通徑10mm，長度800mm，壓力表指示零值，此時快速打開J1閥，則J2閥的閥瓣密封面就立刻被燒蝕而漏氣。被燒蝕的閥瓣密封部位凹凸不平，呈黑色，似碳狀物。

    2.燒蝕問題分析

從圖1可看出，J1閥快速打開時，高壓氣體象“氣體式活塞”一樣，立即將管道中的常壓氣體壓縮至35MPa,近似于絕熱壓縮，氣體溫升很高。經分析，閥瓣密封面產生燒蝕的根本原因就是氣體的壓縮熱所致。當管道內氣體受到壓縮后，熱能增加，溫度升高，所放出的熱量通過熱傳遞若能夠使閥瓣密封面吸收并升溫至燒蝕點的溫度，則將產生燒蝕問題；否則，燒蝕問題不會發生。該閥在配氣板上的使用工況，正屬于前一種情況。而該閥原在其他工況下使用，未產生燒蝕問題主要是閥之間管道尺寸選擇大或小了的緣故。大則管內氣體被壓縮時間長，同外界熱交換多，溫度雖有升高，但還達不到燒蝕閥瓣密封面的溫度。相反，小則管內的氣體從常壓雖會很快被壓縮到35MPa，但因被壓縮氣量太少，溫度即使超過密封面燒蝕點溫度，可是能放出的熱量卻很少，密封面也將不可能產生燒蝕問題。因此該閥在使用過程中工況不同，將產生不同的結果。

    3.避免產生燒蝕的方法

    高壓截止閥的燒蝕問題及解決方法對于這種閥門，避免產生燒蝕的關鍵是解決產生燒蝕的根本原因——壓縮熱。一方面是使管內氣體被壓縮過程的時間增長，降低被壓縮氣體的溫升，減少壓縮熱；另一方面是使壓縮氣體直接沖擊的閥瓣密封面的面積減小，加大高壓高溫氣體在到達密封面之前的熱。