多晶硅生产中常见阀门泄漏原因分析及应对措施浅谈

李 波,吴 伟,李 栋

（陕西天宏硅材料有限责任公司,陕西 咸阳 712038）

阀门在多晶硅生产中种类多、用量大、分布广泛，且接触的介质多是强腐蚀、有毒、易燃、易爆的。然而因为其大多是周期式生产，需要频繁开关阀门，加之硅粉硬度高，所以容易导制阀门磨损密封失效等问题。若阀门选型不当使用寿命非常短。一旦发生阀门泄漏，不仅使介质不能有效切断，影响工艺流程和产品质量，而且浪费了原辅材料，增加了成本，甚至直接污染环境，产生严重环境事故。因此，多晶硅生产中阀门的泄漏问题不容忽视，应对装置中引起阀门泄漏的原因以及防止和消除泄漏的对策、方法做重点探讨。

1 多晶硅生产中常见的阀门种类

阀门是多晶硅生产中的调度，是不可缺少的隔离、调整、和连接介质的关键设备，关系到工艺流程的稳定性、物料调节的及时性、设备和人员的安全。在实际生产中主要有以及以下几种阀门：闸阀、球阀、截止阀、蝶阀、滑板阀、偏心旋转阀、止回阀等。

2 常见阀门泄漏的原因分析

阀门的泄漏可以分为外漏和内漏两种类型。外漏就是指介质渗漏到阀门的外部，一般指空气中。而内漏是指阀芯和阀座之间密封失效，阀门关闭后仍有介质在管道中流动。在多晶硅生产中，阀门的外漏远远大于内漏，不但造成成本的增加，还会导致人员和设备的损坏，甚至严重的环境污染事故。

阀门外漏常见于阀体、阀杆和阀体连接处等密封部位。

2.1 阀体外漏原因

材料缺陷：阀门为多为铸件，形状复杂，壁厚变化大，传统的沙铸容易产生气孔、夹渣和砂眼等缺陷，从而产生泄漏现象，阀体质量是阀门质量的核心。

异常憋压：在生产运行时阀体内部可能产生异常的升压现象，积聚的应力远超过工作压力，造成破坏性泄漏。

图1 阀杆外泄图

图2 阀杆外泄图

热应力：多晶硅生产中使用的阀门在周期式高温工况下，温度变化频繁，选型时要考虑高温对材料特性的影响，及由于热应力和热疲劳对材料强度的影响。

其他原因：在使用安装时缺乏有效的支撑，在阀门开启瞬间产生的振动及其它异常振动，使阀门受力产生裂纹。

2.2 阀杆外漏原因

多晶硅行业使用的阀门大多开关频繁，填料磨损也会加快。阀杆的表面洁净度有问题，阀杆弯曲，填料填充的不够紧密，填料的类型或尺寸不合适，填料安装太满（石墨材质），阀杆被腐蚀产生凸凹，填料压盖变形，填料老化失去弹性，阀操作不当等原因都易造成填料处泄漏。泄漏后介质沿着填料与阀杆的接触间隙向外，长时间会把部分填料吹走将阀杆刷出沟槽 从而使泄漏扩大。

2.3 阀体连接部位泄漏的原因

多晶硅生产中使用的阀门多为法兰连接，由于阀体与阀盖之间的密封，垫片的损坏或者老化，法兰密封面被腐蚀，连接螺栓松动，管道配置不合理产生较大的附加载荷等原因，都能引起外漏。

2.4 阀门内漏的形式和原因分析

2.4.1 选材和设计[3]

（1）阀内件材料选择不当，在温度升高时发生热膨胀。

（2）阀杆设计尺寸偏小扭矩不够。

阀门使用一段时间后由于摩擦增大，在执行器的作用下引起阀杆变形，造成阀杆卡死在某个位置，使阀芯无法动作或者动作不到位，造成介质泄漏，此种泄漏往往泄漏量较大，对生产的危害大。

图3 阀杆卡死

2.4.2 密封面硬化工艺措施不当

（1）涂层产生裂纹、脱落现象

图4 阀门内部涂层脱落并有破裂

（2）磨损严重，迅速造成内漏

图5 阀门内部磨损

2.4.3 发生卡涩或“抱死”

图6 阀门抱死

3 防止和消除阀门泄漏的应对措施

3.1 阀体外漏应对措施

（1）确保阀体质量。采用先进的铸造工艺技术.严格对铸件进行检查和检测，特别是对铸造过程容易产生缺陷、承压能力薄弱以及应力集中部位，更需要强化和增加检测[4]。铸造阀体形成砂眼、夹渣、裂纹等铸造缺陷，易导致介质的泄漏，这种泄漏一般都表现为渗漏，量较少，通过严格的出厂壳体水压试验就能被发现。

（2）规范操作规程。严格按照操作规程，避免异常升压现象出现，适当的增加安全阀及泄放口。

（3）做好伴热、伴冷。避免阀门工作在温差较大的环境中，对工作在特殊工况的阀门加强监测和增加试验次数。

3.2 阀杆外漏应对措施[5]

选择合适的阀杆材质；定期、定量、定步骤更换填料。

对阀杆密封采用多重密封措施，为防止硅粉对阀杆的冲刷，采用专门结构保护阀杆等。

加装加载弹簧，补偿压力。

3.3 阀门连接部位泄漏应对措施

阀体连接部位密封，就其密封性质而言属于静密封，其应满足下列要求：（1）对温度和压力的急剧变化不敏感；（2）结构简单、实用性强，多次拆卸而不损坏密封元件；（3）能满足各种工作介质的使用要求[6]。

3.4 阀门内漏的应对措施

在多晶硅生产中，阀门内漏是常见的故障，对装置和人员的安全影响很大，因此在设计阀门时在结构上要采取适当措施。如选用耐磨球阀，阀座要采用自清理结构，在开关中，自动清除球体表面粘附的硅粉；同时增设吹扫孔，在开关时吹扫球体表面，将粘附硅粉吹扫掉，以保护密封副。对于阀座后部的弹簧部位，采用防尘阀座结构设计，防止硅粉的轻易进入，保证弹簧能正常工作。总之通过有效的加工工艺和特殊的设计，可延长阀门的使用寿命，提高使用性能。

4 总结

采用合理的阀门制造工艺，可延长其使用寿命提高使用性能，合理的制造工艺能降低制造成本。随着新技术的不断出现，必定会有更多的新工艺和设计满足多晶硅生产的需要。同时，针对工况正确选择满足需要又性价比高的阀门也很重要。再者，在日常的生产中要加强对阀门的维护和保养。

[1]焦小澄,将大纯.仪器仪表维修工[M].江苏科学技术出版社.

[2]杨利平.运行装置阀门泄漏的原因分析及应对措施[M].2012.

[3]陆培文.阀门选用手册[S].北京：机械工业出版社,2001.

[4]邓丰,唐正林.多晶硅生产技术[M].化学工业出版社.

[5]夏琼.石化企业阀门泄漏的原因分析及对策[J].2005(02).

[6]张百麟.阀门泄漏的原因分析及其设计选型的优化[M].2003.