天然气管道球阀结构及其故障处理

一、天然气管道球阀结构特征

（一）浮动式与固定式球阀设计差异

天然气管道球阀按球体固定方式可分为浮动式与固定式两大类。浮动式球阀球体未受固定约束，在介质压力下可沿通道轴线浮动，通过与出口侧阀座形成单侧密封实现流体截断。该结构具有启闭力矩大、密封面承压高等特点，适用于中低压小口径管道。固定式球阀球体通过上下轴承固定，仅能绕轴线旋转，其密封压力由浮动阀座通过弹簧或介质压力传递至球体，具有启闭力矩小、密封性能稳定、使用寿命长等优势，在高压大口径天然气管道中广泛应用。

（二）阀座密封技术演进方向

现代天然气管道球阀普遍采用双活塞效应双密封阀座结构，通过前级金属密封与后级软密封组合设计，实现双向密封与自动泄压功能。前级密封依靠阀座支撑圈与球体金属接触形成初始密封，后级密封通过氟橡胶 O 形圈或碟形弹簧补偿密封面微变形，当管道压力升高时介质压力推动阀座向球体移动，形成压力补偿密封。部分高端阀门采用旋转阀座设计，通过启闭过程中阀座旋转运动分散密封面磨损，延长使用寿命。

二、天然气管道球阀常见故障类型及成因分析

（一）阀门内漏成因分析

阀门内漏是天然气管道球阀常见故障类型之一，其成因涉及设计、施工及维护等环节。设计层面，浮动式球阀因球体浮动特性，密封面易因介质压力分布不均导致局部变形；固定式球阀若阀座弹簧刚度设计偏小，高压工况下无法提供足够密封补偿力引发内漏。施工阶段，焊接作业产生飞溅物若未彻底清理，可能划伤球体或阀座密封面。维护缺失是内漏主因之一，密封脂长期未补充或选型不当，会因硬化堵塞注脂通道；长期未操作阀门因球体与阀座胶合，启闭时密封面撕裂，形成永久性泄漏通道。

（二）阀门外漏成因分析

阀门外漏多发生于法兰连接、阀颈密封及注脂嘴等部位，成因与密封材料、安装工艺及环境侵蚀密切相关。其中，密封材料老化是外漏主要原因，橡胶 O形圈在天然气中硫化物作用下易发生脆化，金属垫片因应力松弛导致密封比压下降；埋地阀门因土壤腐蚀使阀体壁厚减薄，沿海地区阀门受氯离子侵蚀引发点蚀，形成泄漏源。安装缺陷同样常见，法兰螺栓紧固力矩不均导致密封面变形，注脂嘴内弹簧断裂或密封圈破损引发泄漏。环境方面，极端温差导致密封材料收缩膨胀率差异，形成微间隙泄漏。

（三）操作异常成因分析

操作异常表现为阀门启闭困难或无法到位，主要源于机械卡阻、液压系统故障及电气控制失效。机械卡阻方面，阀座环周围堆积杂质会阻碍球体旋转。液压系统故障多见于气液联动阀，油路堵塞导致执行机构动作迟缓，液压缸密封失效引发内漏，使输出扭矩不足。此外，冬季低温导致液压油黏度增大，也会造成操作响应迟缓。

三、天然气管道球阀故障处理策略

（一）内漏故障的系统化处理

内漏故障处理需遵循“检测 - 清洗 - 密封 - 验证”闭环流程，以系统性方案恢复阀门密封性能。首先，通过声发射检测或压力衰减法定位泄漏点，结合红外热成像技术分析密封面温度异常区域，精准识别内漏位置。其次，进行阀腔清洗，采用高压氮气吹扫配合专用清洗剂循环冲洗，清除密封面附着的硫化铁、焊渣等杂质，清洗液可选用与天然气相容的醇醚类溶剂，避免对密封材料产生腐蚀。清洗完成后注入加强型密封脂，其基础油粘度指数需高于 150，并添加纳米级二硫化钼固体润滑剂，注入压力控制在 10-15MPa ，分三次缓慢加压以确保密封脂充分填充密封间隙。针对固定式球阀，需同步检查阀座弹簧预紧力，使用弹簧测试仪验证其压缩量是否在设计范围内，若弹簧失效则需整体更换。最后，开展压力测试，在全关位注入清水或氮气至 1.5 倍公称压力，保压

15 分钟后压降不超过 0.02MPa 视为合格，测试介质需与管道介质兼容以避免二次污染。

（二）外漏故障的精准维修

外漏维修需根据泄漏部位制定差异化方案，确保维修精度与耐久性。针对法兰泄漏，可采用激光对中仪检测法兰平面度，偏差超过 0.3mm 时需进行机加工修复；更换金属缠绕垫片时，其内环材质应与阀体一致，外环采用柔性石墨填充，紧固螺栓需涂抹防咬合剂并按对角顺序分三次紧固，首次紧固力矩为额定值 50% ，二次达到 80% ，最终达到 100% ，并使用扭矩扳手校验。阀颈密封泄漏多因 O 形圈老化或阀杆划伤导致，维修时需拆卸阀杆检查密封沟槽尺寸，沟槽深度偏差超过 0.1mm 时需返厂修复。注脂嘴泄漏通常由内置弹簧断裂或密封圈破损引起，维修时需使用专用工具拆卸注脂嘴，更换弹簧时需验证其刚度系数与阀门公称压力匹配，密封圈选用氟橡胶材质，其耐化学腐蚀性优于丁腈橡胶。

（三）操作异常的预防性维护

操作异常预防性维护以降低故障发生率为目标，通过定期保养与状态监测延长阀门使用寿命。机械系统维护方面，每季度对齿轮箱进行润滑保养，选用锂基复合润滑脂，其基础油粘度为220cSt，并添加 3% 的二硫化钼抗磨剂；每年度拆卸阀杆检查轴承磨损情况，使用粗糙度仪检测阀杆表面粗糙度，若 Ra 值超过 0.4μm 则需进行抛光处理。液压系统维护需每月检查液压油清洁度，采用颗粒计数器检测，污染度等级需控制在 NAS1638 7 级以内；每半年更换液压油滤芯，过滤精度为 10μm ；每年对液压缸进行密封性测试，在 2 倍工作压力下保压30 分钟无泄漏视为合格。电气系统维护包括每月检查执行机构接地电阻，使用接地电阻测试仪验证其值小于 4Ω。此外，可以建立阀门操作日志，记录启闭次数、扭矩值及异常声响，通过大数据分析预测故障趋势。

四、结论

当前，球阀故障呈现“内漏高频发、外漏隐蔽性强、操作异常突发化”等特征，内漏多因密封面损伤或杂质侵入导致，外漏常源于密封材料老化及安装缺陷，这些问题不仅造成天然气泄漏风险，还可能引发管道停运等次生灾害。针对上述挑战，需构建“预防- 诊断- 修复”一体化维护体系，通过密封脂强化、密封件升级等措施解决内漏，采用法兰平面度修正、环氧套筒修复等技术攻克外漏，并依托定期润滑等预防性手段降低操作异常率，为天然气管道安全运行提供坚实保障。

参考文献：

[1] 付 洪 营 . 天 然 气 管 道 球 阀 内 漏 在 线 检 测 与 处 理 [J]. 阀门 ，2023，（02）：240-243.

[2] 杜涛 . 天然气管道球阀的结构特点与故障处理技术研究 [J]. 石化技术 ，2022，29（02）：58-59.

作者简介

姓名：罗意，性别：男，民族：汉，籍贯（省市）：重庆市渝北区，职务职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向：天然气管道输送