劉　斌

淺談高壓球閥外漏原因分析及處理

劉斌

(元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰市 024070)

針對(duì)一款600MW機(jī)組鍋爐高壓球閥頻繁出現(xiàn)外漏的問題，通過(guò)對(duì)高壓球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，結(jié)合管路布置特點(diǎn)，對(duì)高壓球閥外漏原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐冷熱態(tài)熱膨脹及不合理的管路布置引起的球閥出口側(cè)法蘭螺栓受力不均、法蘭鋼制密封墊錯(cuò)位是導(dǎo)致球閥外漏的主要原因。通過(guò)在球閥出口側(cè)法蘭增加一道柔性密封，并對(duì)管路布置進(jìn)行優(yōu)化，有效解決了球閥外漏的問題。另外，選用單片式閥體球閥也能避免同類故障發(fā)生。

高壓球閥；漏泄；密封；優(yōu)化

高壓球閥的球體由預(yù)先計(jì)算好彈力的蝶形彈簧壓緊在閥座出口側(cè)。高壓球閥主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：球體與出口側(cè)閥座接觸面積較大，密封性能較好；球體通徑較大，對(duì)流體阻力較小；球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作輕便；球體表噴涂硬質(zhì)合金，耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)[1]。因此，高壓球閥被廣泛應(yīng)用于電站鍋爐的高壓汽水管道上，尤其以疏放水系統(tǒng)最為常見。高壓球閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　高壓球結(jié)構(gòu)示意圖

高壓球閥在應(yīng)用過(guò)程中鮮有外漏發(fā)生。而當(dāng)高壓球閥出現(xiàn)外漏后，處理措施大多數(shù)為直接更換出口側(cè)法蘭墊片，一般未究其原因。通過(guò)分析球閥外漏的典型案例，對(duì)高壓球閥外漏原因進(jìn)行分析，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題提出處理方案，以解決高壓球閥外漏問題。

1　球閥外漏原因分析

以元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)鍋爐過(guò)熱器疏水閥門站為例，該過(guò)熱器疏水閥門站位于爐側(cè)57米平臺(tái)，并分4路共安裝了8個(gè)高壓球閥。2012年至2016年，該高壓球閥共發(fā)生外漏故障4次，且均為出口側(cè)法蘭密封面漏泄。通過(guò)解體閥門發(fā)現(xiàn)，該高壓球閥的出口側(cè)法蘭金屬八角墊存在明顯偏斜，漏泄處無(wú)原始加工、鍛造缺陷。另外，該高壓球閥已經(jīng)運(yùn)行3年，由于安裝在其他部位的同批次高壓球閥并未發(fā)生此類問題，因此可基本排除其存在出廠缺陷的可能。

管系布置如圖2所示。通過(guò)對(duì)管系進(jìn)行檢測(cè)分析可知，鍋爐57米標(biāo)高處的豎直管在熱態(tài)時(shí)向下最大膨脹量約為260 mm；水平管段長(zhǎng)僅為2000 mm；閥后疏水母管為固定端，不受鍋爐熱膨脹影響。

圖2　管系布置

由此分析可知，鍋爐熱膨脹產(chǎn)生的膨脹量完全被水平管段及連接閥門的豎直管段所吸收[2]，導(dǎo)致球閥出口側(cè)法蘭八角墊長(zhǎng)時(shí)間受力不均勻。鍋爐負(fù)荷變化導(dǎo)致溫度發(fā)生變化；溫度變化導(dǎo)致鍋爐膨脹量發(fā)生變化；鍋爐膨脹量發(fā)生變化，使得法蘭螺栓所受拉應(yīng)力也隨之改變。高負(fù)荷應(yīng)力分析如圖3所示，低負(fù)荷應(yīng)力分析如圖4所示。長(zhǎng)時(shí)間受交變應(yīng)力作用，導(dǎo)致閥門法蘭螺栓和八角墊產(chǎn)生金屬疲勞[3]，最終導(dǎo)致閥門漏泄的發(fā)生。

圖3　高負(fù)荷應(yīng)力分析

圖4　低負(fù)荷應(yīng)力分析

2　處理措施

2.1　改進(jìn)密封形式

原密封形式為金屬八角墊硬密封，在長(zhǎng)時(shí)間交變應(yīng)力的作用下不可避免會(huì)產(chǎn)生金屬疲勞。若選用金屬纏繞墊或柔性密封墊，則會(huì)因強(qiáng)度不足而影響使用壽命[4]。通過(guò)結(jié)合剛性密封盒與柔性密封兩者的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)密封形式進(jìn)行改進(jìn)。在金屬八角墊外側(cè)的閥體上開槽，加裝一層高強(qiáng)石墨墊片。改進(jìn)后，以八角墊密封為主，以高強(qiáng)石墨墊片密封為輔，并通過(guò)八角墊在閥體上的開槽使法蘭間隙變小，減少法蘭在受到不均勻應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的變形，有效降低法蘭漏泄風(fēng)險(xiǎn)[5]。改進(jìn)前、后的閥體密封結(jié)構(gòu)對(duì)比，如圖5所示。

2.2　優(yōu)化管系布置

由于管系存在先天設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致閥門處應(yīng)力集中，因此應(yīng)優(yōu)化管系布置以改變管系應(yīng)力分布狀態(tài)?？赏ㄟ^(guò)采取延長(zhǎng)管線或在管系中安裝膨脹補(bǔ)償裝置等措施，對(duì)管系布置進(jìn)行優(yōu)化。由于延長(zhǎng)管線受場(chǎng)地大小等因素制約，因此優(yōu)先選擇加裝膨脹補(bǔ)償器。通過(guò)加裝膨脹補(bǔ)償器，可減小閥門法蘭所受應(yīng)力。通過(guò)加裝管卡將閥門入口端固定，將閥門整體變?yōu)楣潭ǘ?，使管系自由端上移，可有效減小閥門法蘭受力[2]。優(yōu)化管系布置后的效果如圖6所示。

圖6　優(yōu)化后效果圖

2.3　更換為單片式閥體球閥

單片式閥體球閥在出口側(cè)沒有法蘭螺栓，而是采用焊接密封。由于采用焊接密封能提高閥體的強(qiáng)度，因此將原高壓球閥更換為單片式閥體球閥可有效降低漏泄的風(fēng)險(xiǎn)。

3　結(jié)論

通過(guò)實(shí)例分析，找出高壓球閥漏泄的根本原因，提出改進(jìn)密封形式、優(yōu)化管系布置和更換單片式閥體球閥的處理措施，為同類型閥門漏泄故障的排除提供參考。

[1] 吳尖斌.高壓球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].閥門,2004(5):4-6.

[2] 張耀,曹小平,王春芬,等.材料力學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2015(9).

[3] 華勁松,經(jīng)福謙,譚華.動(dòng)載荷下材料的屈服強(qiáng)度變化[J].固體力學(xué)學(xué)報(bào),2001,22(4):421-426.

[4] HGJ70-91鋼制管法蘭用柔性石墨復(fù)合墊片.

[5] 嚴(yán)旭明.密封墊片的選型與安裝[J].液壓氣動(dòng)與密封, 2008,28(4):4-7.

Analysis and treatment of the leakage for the high pressure ball valve

LIU Bin

(Yuanbaoshan Power Generation Co., Ltd., Chifeng, Inner Mongolia 024070, China)

The high-pressure ball valve of 600 MW Unit Boiler in Yuanbaoshan Power Generation Co., Ltd. has frequent leakage defects. Through the analysis of high-pressure ball valve structure characteristics, the cause of leakage of high-pressure ball valve is analyzed combined with pipeline layout characteristics. It is found that the uneven force of the flange bolts on the outlet side of the ball valve caused by the hot and cold thermal expansion of the boiler and the unreasonable piping arrangement, and the dislocation of the flange steel gasket are the main reasons for the leakage of the ball valve. By adding a flexible seal to the outlet flange of the ball valve and optimizing the pipeline layout, the leakage phenomenon of the ball valve can be eliminated. In addition, the ball valve with a single valve body structure can also avoid similar problems.

high-pressure ball valve; leakage; sealing; optimization

TH134

A

2096–8736(2021)03–0025–03

劉斌(1986—)，內(nèi)蒙古赤峰人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向?yàn)樘岣咂到y(tǒng)閥門運(yùn)行可靠性。

責(zé)任編輯：陽(yáng)湘暉

英文編輯：唐琦軍