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Crane固定球閥內漏原因分析與處理

發布時間:2019-04-25  發布作者:

     摘要:介绍了Crane固定球阀的结构及特点,对固定球阀内漏原因进行了全面、细致的分析。依照每种泄漏原因制定了对应的处理措施,并结合三门核电现场实际情况提出了阀体配合面粗糙度不足的缺陷处理方法,为以后生产阶段Crane固定球阀内漏处理提供了参考。
1Crane固定球閥的結構特點
     Crane固定球閥的主要結構包括閥體、閥杆、軸套、閥球、閥座和閥座密封圈等部件,如圖1所示。其結構特點有:
     (1)流體阻力小:球閥在各類閥門中流體阻力較小。
     (2)密封性能良好:閥門關閉後密封面密封力由碟簧及介質壓力共同提供。
     (3)耐老化、使用壽命長:Crane固定球閥爲金屬對金屬的硬密封,耐老化、耐輻照性能好。
2Crane固定球閥內漏原因分析
     Crane固定球閥內漏是三門核電十大缺陷之一,在1號機組冷試、熱試、功率運行期間,內漏缺陷頻繁出現,一般采用修理或更換備件的方式消缺,但備件價格較高,且有時備件更換後堅持約10天依然會再次發生內漏,嚴重影響CVS(化學和容積控制系統)系統的正常運行。Crane固定球閥內漏主要有球面密封和閥座密封兩方面原因。
2.1球密封面泄漏
     Crane固定球閥密封面密封力由位于閥座密封圈後的碟簧與介質壓力共同提供,碟簧施加預緊接觸密封力,介質壓力提供剩余閥門必須密封力。密封面的密封性能取決于密封面上的密封比壓,爲避免固定球閥頻繁啓閉過程中出現嚴重的摩擦磨損,密封面的密封比壓必須盡量小,但又要保證足夠密封,因此閥門的密封比壓必須滿足如下條件:
Crane固定球阀结构简图
     式中,qb爲保證密封必須的比壓(MPa);q爲實際比壓(MPa);[q]爲密封面材料的許用比壓(MPa)。影響密封面密封比壓的因素很多,通常有三點:
2.1.1異物導致密封面卡澀或劃傷
     Crane固定球閥爲金屬對金屬硬密封,對異物非常敏感,系統中若存在異物則會導致密封面劃傷,産生泄漏。在系統熱試期間,該類型球閥內漏處理時多次發現系統內存在焊渣、鐵屑等顆粒物將球面劃傷,有的閥球劃痕深達0.5mm,不得不更換新備件。
2.1.2介質壓力不足
     由前述可知,碟簧提供的只是預緊接觸密封力,剩余的所需密封力均由介質壓力提供。參照MSS-SP-61—2003《鋼制閥門壓力試驗》標准及Crane固定球閥設計參數,其密封性能試驗標准爲:15.4MPa壓力下泄漏率≤20mL/h。根據現場維修後試驗結果,Crane固定球閥經維修後在高壓狀態下無明顯泄漏;但低壓狀態下泄漏量較大,不滿足系統正常運行要求,因此,介質壓力不足,使得密封面密封比壓不滿足要求,導致密封面泄漏。
2.1.3軸套適配環安裝尺寸不當
     根據實際組裝情況,Crane固定球閥的上軸套與閥蓋之間會選用不同厚度的軸套適配環,來調整閥球密封面與閥座密封面的配合情況,使閥球自動被閥座固定到閥座密封面軸線上。當厚度較大時,閥球球心會偏下;當厚度較小時,閥球無法得到有效的頂部限位。適配環過厚或過薄都會影響閥球與閥座的自動對中落座能力,從而影響密封性能。
2.2閥座密封圈密封處泄漏
     Crane固定球閥內漏也可能是從閥座密封圈密封處泄漏。閥座密封圈的作用是防止介質從閥座與閥體的配合間隙處泄漏,將圖1中sectionB放大後得出圖2閥座組件結構圖。
阀座组件结构图
     閥座密封圈爲“V”型鉻鎳鐵合金不鏽鋼圈,介質從閥座密封圈處泄漏,可能由如下4條原因引起:
2.2.1閥座密封圈損壞
     閥座密封圈與閥體配合面爲線接觸,當閥座密封圈邊緣有缺陷或者圓度不足時,均會導致閥座密封圈與閥體配合面處出現泄漏。
2.2.2閥座密封圈卡澀
     回裝閥門過程中,需要使用專用工具克服碟簧力將閥座及閥座密封面推入閥體內部,並使用專用銷釘插入閥體上部定位孔定位閥座。在拔出銷釘碟簧回彈過程中,由于阻力瞬間釋放,會導致閥座密封圈上部與下部所受碟簧推力不均,閥座密封圈在閥體內部出現卡澀影響准確落位,從而影響密封效果。
2.2.3閥座密封圈發生塑性變形
     閥座密封圈所在閥體部分應爲一個標准的圓柱面,但是經過現場測量,實際上爲一個圓錐面,在閥門拆裝過程中,閥座會連同閥座密封圈被專用工具推進閥體內部4mm左右處,閥體內部圓錐面結構可能會使密封圈發生塑性變形,當回裝完成密封圈複位後,導致閥座密封圈回彈力不足,影響密封性能。
2.2.4閥體配合面粗糙度不滿足要求
     閥座密封圈與閥體配合面爲線接觸,當閥體配合面出現缺陷或者粗糙度不滿足要求時,在閥座密封圈與閥體配合面接觸處就會存在微小間隙,以致無法形成有效的線密封。由于介質壓力提供所需絕大部分的密封力,當閥體配合面粗糙度不夠時,介質可能通過間隙泄漏到閥門下遊。
3內漏處理
3.1修複損傷密封面
     損傷密封面的修複可以視缺陷情況,使用球閥研磨機將閥球與閥座進行對研,消除缺陷。
3.2研磨閥座密封圈與閥體配合面
     三門核電1號機組50%小修平台時,發現6台Crane固定球閥再次出現內漏缺陷,經解體檢查分析,排除了零部件清理不幹淨、異物、開關指示不准確、軸套適配環厚度不當、球體/閥座密封面損傷、閥座密封圈變形或缺損等因素,較後著重對閥體配合面粗糙度進行了檢查與處理。由于沒有專用工具,通過測量閥體內腔較大外徑、較小內徑及內腔水平距離,計算閥體內腔偏斜錐度角,根據測量數據設計制作專用研磨胎具,通過粗磨、中磨、細磨,較後使用9μm研磨砂紙對配合面進行抛光處理,回裝閥門、完成維修後試驗合格。
4結論
     本文對Crane固定球閥的結構及內漏原因進行了分析,結果表明:
     (1)Crane固定球閥內漏是由密封面泄漏或閥座密封圈與閥體配合面處泄漏引起的;
     (2)密封面泄漏與異物、介質壓力、軸套適配環厚度相關;
     (3)閥座密封圈與閥體配合面處泄漏與閥座密封圈的完整性、材質和閥體配合面的粗糙度直接相關;
     (4)本文通過對Crane固定球閥內漏原因的分析及提出的閥體配合面粗糙度不足的缺陷處理方法,爲後續三門核電Crane固定球閥內漏維修提供了參考。
 
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