1 引言
控制閥是自動控制系統的終端控制元件之一，由于化工裝置中，存在許多高溫、高壓工況，有些介質具有較強的腐蝕性和毒性，且易燃易爆，當閥門填料泄漏時，不僅造成原材料的浪費，而且對環境也會造成嚴重污染，甚至引起火災、爆炸、中毒等危害生命的安全事故。因此，控制閥填料泄漏問題應引起足夠的重視，在設計選型中合理選用密封填料是非常重要的。針對控制閥的填料密封，結合多年的工作經驗和相關資料，通過對控制閥填料函結構形式分析，介紹聚四氟乙烯和柔性石墨填料的特性及應用場合，并對合理地選擇控制閥的填料進行簡單介紹。
2 控制閥填料作用和分類
控制閥閥門部分由閥的內件和閥體組成，閥的內件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等，其中填料函部件用于對閥桿的密封，是用彈性方法防止工藝介質通過往復式或轉動式運動而在閥桿表面產生泄漏，它是閥體不可分割的一部分，閥門的閥桿密封幾乎都是利用填料函來實現的。
控制閥填料是動密封的填充材料，一般裝在上閥蓋的填料函中，其作用是阻止被控介質因閥桿運動而引起的泄漏。
常用的填料按材質主要分為兩大類：聚四氟乙烯和柔性石墨。
2.1 聚四氟乙烯(PTFE)
聚四氟乙烯(PTFE)是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化能力。其抗腐蝕能力甚至超過了玻璃、陶瓷，即使對強酸、強堿、強氧化劑也有很好的抗腐蝕能力，是一種理想的密封材料。但其耐溫性能差，聚四氟乙烯在200°以上開始極微量的裂解，受壓、受熱一蠕變，而影響密封性能，且不適用于熔融的堿液或氟化物場合。常用的聚四氟乙烯填料有：
(1)聚四氟乙烯成型織裝填料：它是采用聚四氟乙烯散裝編織壓制而成，是一種開口材料，柔韌性好，持久耐用，密封效果好，更換方便，是應用zui廣泛的一種材料。
(2)V型聚四氟乙烯填料：一般用聚四氟乙烯棒料車削加工而成，填料結構呈V型，在兩端壓緊情況下，由于聚四氟乙烯的摩擦系數小，有潤滑作用，密封性能好等優點。V型填料環的特點是：在閥內介質的壓力作用下，填料外圈的唇邊在張開時，始終緊貼填料函內壁，實現靜密封。同樣在壓力作用下，填料內圈的唇邊在張開時，始終緊貼閥桿保證動密封，這樣即使閥桿上下運動，同樣都能保證密封性。
(3)四氟-石墨填料：通過加入部分玻璃纖維、石墨、二硫化鉬，以提高聚四氟乙烯抗蠕變和導熱性能，但硬度變大，耐腐蝕能力下降，密封性能下降。
2.2 柔性石墨
柔性石墨材料屬于非纖維質材料，它是把天然鱗片石墨中的雜質除去。再經強氧化混合酸處理后成為氧化石墨。氧化石墨受熱分解放出二氧化碳，體積急劇膨脹，變成了質地疏松、柔軟而又有韌性的柔性石墨。是一種壽命長、密封性能好的材料。
2.2.1 特點
(1)有優異的耐熱性和耐寒性。柔性石墨從-250℃度的超低溫到+600℃度高溫，其物理性質幾乎沒有什么變化；
(2)有優異的耐化學腐蝕性。柔性石墨除在硝酸、濃硫酸等強氧化性介質中有腐蝕外，在其他酸、堿和溶劑中幾乎沒有腐蝕；
(3)有良好的自潤滑性。柔性石墨同天然石墨一樣，當受外力作用，容易產生滑動，因而具有自潤滑性，密封性能好；
(4)因其多孔因其多孔疏松而又卷曲，故其回彈性柔韌性好。當軸或軸套因制造、安裝等存在偏心而出現徑向圓跳動時，具有足夠的浮動性能，即使石墨出現裂紋，也能很好密合，從而保證帖合緊密，防止泄漏。
2.2.2 石墨填料種類
(1)絲狀或編織狀：這種填料彈性好更能包住閥桿并凈化閥桿表面。編織狀石墨填料可克服其他類型石墨填料由于磨損而造成的泄漏，但編織狀石墨填料由于絲狀結構導致空隙，從而易滲透。
(2)片狀石墨：用若干片石墨板壓制而成的填料環，其紋理和閥桿表面相垂直，形成方形斷面，因此流體不易滲透，但它也減少了軸向壓力與徑向壓力的比值，需用更大的壓緊力才能密封。
(3)彎片狀石墨：其紋理與閥桿軸向平行，用若干個石墨片加工而成。彎片狀石墨在壓制時的壓力比它工作時的壓力高得多，因此它在填料函中不會再收縮。高溫時由其原理可知容易滲透。但由于加工容易，價格低廉，目前被廣泛采用。
3 填料泄漏的主要原因
控制閥在現場實際使用中發生填料泄漏的原因多種的樣，在現場維護應針對閥門的實際使用情況進行具體分析、判斷，進而從根本上消除泄漏產生的原因，解決安全隱患。根據發生泄漏的規律，歸納起來主要原因有以下幾種：
(1)填料材質、類型選用不妥：如在150℃-200℃工況選用四氟填料，填料在臨界工況下長時間工作會發生微小蠕變，受高壓介質作用填料密封性能下降；又如液氨、焦油、燃料等滲透性強的介質選用了織狀型填料，這些情況受高溫高壓介質影響，易產生泄漏。
(2)填料安裝方法不當：填料裝入填料函后，經壓蓋對其施加軸向壓力，由于填料的塑性，使其產生徑向力，并與閥桿緊密接觸，如填料在安裝中上緊下松，受力不勻，使這種接觸非常不均勻，有的部分接觸松，甚至沒接觸上，造成填料泄漏。
(3)控制閥在使用過程中，閥桿同填料之間存在著相對運動，這個運動叫軸向運動。使用過程中，隨著高溫、高壓和滲透性強的流體介質的影響，控制閥填料函也是發生泄漏現象較多的部位。造成填料泄漏的主要原因是界面泄漏，對于紡織填料還會出現滲漏(壓力介質沿著填料纖維之間的微小縫隙向外泄漏)。閥桿與填料間的界面泄漏是由于填料接觸壓力的逐漸衰減，填料自身老化、失去彈性等原因引起的，這時壓力介質就會沿著填料與閥桿之間的接觸間隙向外泄漏。
(4)控制閥頻繁動作、閥桿彎曲、磨損、腐蝕、光潔度下降造成填料磨損而泄漏。
(5)控制閥在使用工況發生變化，如在裝置開車升溫過程中，控制閥有冷態到熱態過程中，熱態介質變化大，閥桿受熱膨脹作用影響，使填料間隙變大，填料泄漏嚴重。
(6)填料壓蓋不緊，偏斜，或控制閥臥式安裝，會造成閥桿與填料接觸不好，間隙過大或過小。
4 防止填料泄漏對策
(1)為使填料裝入方便，在填料函頂端倒角，在填料函底部放置耐沖蝕的間隙適當的金屬保護環(與填料的接觸面不能為斜面)，以防止填料被介質壓力推出。
(2)提高閥桿和填料函表面精度、光潔度。如果各種可動部件之間的摩擦系數之和為零，則作用在填料壓蓋的力就能均勻地傳遞到整個填料上，無任何衰減。可實際摩擦力總和是存在的，不可能為零，作用在填料上的徑向力就隨著距壓蓋距離增減而減少，摩擦力越大，壓力衰減越大。被密封的壓力一旦超過填料上的作用力，就開始泄漏。因此在維修時閥桿與填料函不能有劃痕、點蝕和磨損，光潔度要好。
(3)選用合適的材料，必須具有抵抗溫度變化的能力，有抗蠕變，抗松弛及抗氧化的能力。一般情況下，條件滿足優先選用四氟，不滿足時選石墨。也可以選用混合填料：一是石墨填料和四氟填料混合使用；二是O型環和V型填料混合使用。滲透性強的介質可選用石墨填料。
(4)裝填料時，應一圈一圈加，并用壓具逐一壓緊，壓牢，使填料受力均勻。開口填料應上下錯開90°或120°放置，填料加入圈數應以沒有外漏為適宜。加少了填料壓蓋會進入填料函中，易造成泄漏。
(5)對于彈簧作用作用的聚四氟乙烯填料，壓蓋螺絲應均與對稱擰緊，不能偏斜。其他類型填料不必要擰得太緊，以不漏為止。
(6)新閥或剛檢修的控制閥在投用后，應檢查填料有無泄漏，如有泄漏要及時處理，以防填料泄漏越來越大。
5 使用中應注意的問題
(1)成型填料切斷時用45°切口，安裝時每圈切口相錯90°或120°。
(2)在高壓下使用聚四氟乙烯成型填料，要注意冷流特性。
(3)柔性石墨環單獨使用，密封效果不好，應與石墨編織填料組合使用。
(4)石墨填料不能用于強氧化劑，如濃硫酸、濃硝酸等介質。
(5)填料函的尺寸精度、表面粗糙度，閥桿尺寸精度和表面粗糙度，是影響成型填料密封性的關鍵。
6 結束語
在多年的現場實際應用中，控制閥發生填料泄漏原因多種多樣，只要我們勤于觀察、對泄漏產生的原因認真分析，填料泄漏的問題還是能夠消除的；但是也應該看到，有些控制閥產生填料泄漏的原因比較復雜、泄漏的因素較多，還需要在今后的實踐工作中不斷分析、探索。
