某水電站中低壓金屬纏繞墊失效情況分析與研究

1概述

1.1事件概況

國(guó)外某水電站在機(jī)組運(yùn)行過程中,出現(xiàn)一次進(jìn)水球閥旁通管路上的法蘭密封失效情況,導(dǎo)致近4MPa的壓力水沿法蘭四周噴射,對(duì)其他電氣設(shè)備和盤柜造成了一定的損害,并致使相鄰發(fā)電機(jī)組停機(jī)。隨后工作人員拆解失效的法蘭,發(fā)現(xiàn)法蘭密封被完全沖散,失去密封作用。檢查發(fā)現(xiàn),本法蘭密封采用的是帶對(duì)中環(huán)的金屬密封纏繞墊。

1.2金屬纏繞墊的特性

金屬纏繞墊由v形或w形不銹鋼帶和非金屬填充料疊合、螺旋卷繞、始末端點(diǎn)焊而成。主要的密封部位是由金屬纏繞帶和非金屬填料帶交替纏繞在一起形成,其中,金屬纏繞帶的通用材料為3o4ss不銹鋼和316L/316ss不銹鋼,非金屬填料帶的通用材料為石墨（Graphite)和四氟乙烯（PTFE),具有良好的壓縮-回彈性能,適用于溫度、壓力交變劇烈的密封部位,是管道、閥門、泵、換熱器、塔、人孔、手孔等法蘭連接處的靜密封元件。目前金屬纏繞墊廣泛應(yīng)用于石化、機(jī)械、電力、冶金、造船、醫(yī)藥、原子能和宇航等領(lǐng)域,特別是在熱力系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用,取得了良好的密封效果,但是金屬纏繞墊不到規(guī)定使用周期即發(fā)生密封失效的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

2事件經(jīng)過

2.1金屬纏繞密封墊安裝形式

按照設(shè)計(jì)圖紙,球閥旁通管路的外購(gòu)法蘭均為凸面法蘭,具體設(shè)計(jì)如圖l所示。

圖1球閥旁通管路示意圖

失效法蘭處的操作針閥型號(hào)為0347F-100R。不銹鋼液動(dòng)針閥為DN150-PN100,兩邊連接法蘭均為凸面法蘭,而與之相連的不銹鋼法蘭也為凸面法蘭,不銹鋼法蘭型號(hào)為DN150-PN100M,而所選密封金屬拆繞墊型號(hào)為sH3407-Gsw-10.0-150-A21纏繞式密封墊片。事后檢查,現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備安裝均按照?qǐng)D紙和方案進(jìn)行了正確安裝,所有法蘭連接螺栓均按照工藝和要求進(jìn)行了緊固,無偏差。

2.2事件過程

本臺(tái)機(jī)組在完成720h運(yùn)行考核期后,當(dāng)時(shí)正在對(duì)球閥本體進(jìn)行防腐刷漆前準(zhǔn)備工作,正在對(duì)球閥本體進(jìn)行清掃。在施工過程中,突然聽到失效法蘭處有聲響,很快高壓水就從失效法蘭的把合面間的空隙中噴射出來。隨后現(xiàn)場(chǎng)施工人員迅速關(guān)閉球閥旁通管路上游側(cè)閥門,關(guān)閉了高壓進(jìn)水側(cè),并同時(shí)關(guān)閉下游側(cè)手動(dòng)閥門,使事件得到了迅速控制。隨后拆除失效密封面發(fā)現(xiàn),金屬纏繞墊為內(nèi)帶內(nèi)環(huán)型金屬纏繞墊,外圈為密封纏繞金屬帶和石墨帶。失效密封墊形式如圖2所示。

圖2失效密封墊形式

2.3事件處理

事件發(fā)生后,經(jīng)與廠家溝通,廠家提出兩種處理方案。第一種:更換與密封失效法蘭一致（凸面對(duì)凸面)的所有法蘭面密封,更換為相同壓力等級(jí)帶內(nèi)環(huán)和對(duì)中環(huán)型的金屬纏繞墊。第二種方案:改變失效法蘭的配合形式為凸面對(duì)凹面法蘭,更換與針閥90О法蘭連接法蘭為凹面法蘭,同時(shí)將靠上游側(cè)的一對(duì)凸面對(duì)凸面法蘭其中一個(gè)更換為凹面法蘭。后來由于采購(gòu)周期和時(shí)間問題,為了確保機(jī)組正常運(yùn)行,采用了第一種方案作為臨時(shí)處理方案。

3事件分析

3.1事件原因

金屬纏繞墊和法蘭結(jié)構(gòu)形式對(duì)照表如表1所示。

表1金屬纏繞墊和法蘭結(jié)構(gòu)形式對(duì)照表

根據(jù)表1可以看出,此次密封失效的法蘭面所采取的型式與對(duì)應(yīng)的金屬纏繞墊型式是不符的,這是導(dǎo)致密封失效的最直接原因。根據(jù)資料查得,密封墊的失效形式主要有以下幾種:(1）金屬纏繞墊片本身沒有破損或者散卷,表面也沒有明顯的沖涮勾痕,但是卻受到過度擠壓,失去彈性,回彈率為0。(2）金屬纏繞墊受壓正常,無散卷現(xiàn)象,但是表面有沖涮勾痕,覆蓋在表面的柔性石墨等非金屬填料被介質(zhì)沖掉。(3）基本型金屬纏繞墊出現(xiàn)破碎散卷現(xiàn)象。(4）增強(qiáng)型金屬纏繞墊的增強(qiáng)圈斷裂,使得金屬纏繞墊出現(xiàn)散卷。

根據(jù)以上失效原因可以分析,本次密封失效原因可能是第一種情況和第四種情況的綜合所導(dǎo)致。當(dāng)時(shí)拆開時(shí)發(fā)現(xiàn),金屬纏繞墊的鋼帶已經(jīng)完全散開,且鋼帶部分基本未出現(xiàn)斷裂和破損狀況。另外,當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)由于進(jìn)行了球閥的檢修密封投入操作,在操作過程中由于密封的動(dòng)作產(chǎn)生了比較大的沖擊振動(dòng),這會(huì)誘發(fā)第一種情況下密封失效的發(fā)生。

3.2事件分析

根據(jù)以上原因分析,本次密封失效首要原因?yàn)檫x型出了問題,是導(dǎo)致此種密封失效的直接原因。再加上現(xiàn)場(chǎng)的其他誘因,水錘、振動(dòng)等都會(huì)導(dǎo)致密封產(chǎn)生一定的不確定因素,當(dāng)臨界點(diǎn)重合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一些意想不到的破壞性后果。在施工過程中要加強(qiáng)對(duì)部分元器件適用性的學(xué)習(xí)。另外,在安裝過程中,由于安裝人員與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平不到位,對(duì)部分元件性能不甚了解,導(dǎo)致在事件發(fā)生后才發(fā)現(xiàn)問題的存在。

3.3事件的反思

(1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)工作的審查,從源頭規(guī)避質(zhì)量安全事件的發(fā)生。

(2）強(qiáng)化施工人員業(yè)務(wù)知識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)的學(xué)習(xí),檢查和落實(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

(3）強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量把控,確保設(shè)備安裝的規(guī)范化,操作工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。

(4）施工前的技術(shù)交底要落到實(shí)處,確保施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水電站機(jī)組施工質(zhì)量要求的不斷提高,結(jié)合本文發(fā)生的機(jī)組中低壓金屬纏繞墊失效的事故分析,要求我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)施工過程中要強(qiáng)化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的學(xué)習(xí),對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)圖紙強(qiáng)化設(shè)計(jì)審查,確保能夠提前發(fā)現(xiàn)問題,同時(shí)對(duì)于機(jī)組施工,一定要做到事前有準(zhǔn)備,事中有督察,事后有檢查。