Crane固定球閥內(nèi)漏原因分析與處理

1Crane固定球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Crane固定球閥的主要結(jié)構(gòu)包括閥體、閥桿、軸套、閥球、閥座和閥座密封圈等部件,如圖1所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有:

(1)流體阻力小:球閥在各類閥門中流體阻力最小。

(2)密封性能良好:閥門關(guān)閉后密封面密封力由碟簧及介質(zhì)壓力共同提供。

(3)耐老化、使用壽命長(zhǎng):Crane固定球閥為金屬對(duì)金屬的硬密封,耐老化、耐輻照性能好。

圖1Crane固定球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2Crane固定球閥內(nèi)漏原因分析

Crane固定球閥內(nèi)漏是三門核電十大缺陷之一,在1號(hào)機(jī)組冷試、熱試、功率運(yùn)行期間,內(nèi)漏缺陷頻繁出現(xiàn),一般采用修理或更換備件的方式消缺,但備件價(jià)格較高,且有時(shí)備件更換后堅(jiān)持約10天依然會(huì)再次發(fā)生內(nèi)漏,嚴(yán)重影響CVs(化學(xué)和容積控制系統(tǒng))系統(tǒng)的正常運(yùn)行。Crane固定球閥內(nèi)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后的碟簧與介質(zhì)壓力共同提供,碟簧施加預(yù)緊接觸密封力,介質(zhì)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,為避免固定球閥頻繁啟閉過程中出現(xiàn)嚴(yán)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:

式中,gb為保證密封必須的比壓(MPa):g為實(shí)際比壓(MPa):[g]為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(diǎn):

2.1.1異物導(dǎo)致密封面卡澀或劃傷

Crane固定球閥為金屬對(duì)金屬硬密封,對(duì)異物非常敏感,系統(tǒng)中若存在異物則會(huì)導(dǎo)致密封面劃傷,產(chǎn)生泄漏。在系統(tǒng)熱試期間,該類型球閥內(nèi)漏處理時(shí)多次發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在焊渣、鐵屑等顆粒物將球面劃傷,有的閥球劃痕深達(dá)0.5mm,不得不更換

新備件。

2.1.2介質(zhì)壓力不足

由前述可知,碟簧提供的只是預(yù)緊接觸密封力,剩余的所需密封力均由介質(zhì)壓力提供。參照Mss-sP-61一2003《鋼制閥門壓力試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)及Crane固定球閥設(shè)計(jì)參數(shù),其密封性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為:15.4MPa壓力下泄漏率≤20mL/h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維修后試驗(yàn)結(jié)果,Crane固定球閥經(jīng)維修后在高壓狀態(tài)下無明顯泄漏:但低壓狀態(tài)下泄漏量較大,不滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求,因此,介質(zhì)壓力不足,使得密封面密封比壓不滿足要求,導(dǎo)致密封面泄漏。

2.1.3軸套適配環(huán)安裝尺寸不當(dāng)

根據(jù)實(shí)際組裝情況,Crane固定球閥的上軸套與閥蓋之間會(huì)選用不同厚度的軸套適配環(huán),來調(diào)整閥球密封面與閥座密封面的配合情況,使閥球自動(dòng)被閥座固定到閥座密封面軸線上。當(dāng)厚度較大時(shí),閥球球心會(huì)偏下:當(dāng)厚度較小時(shí),閥球無法得到有效的頂部限位。適配環(huán)過厚或過薄都會(huì)影響閥球與閥座的自動(dòng)對(duì)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(nèi)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(zhì)從閥座與閥體的配合間隙處泄漏,將圖1中sectionB放大后得出圖2閥座組件結(jié)構(gòu)圖。

圖2閥座組件結(jié)構(gòu)圖

閥座密封圈為"V"型鉻鎳鐵合金不銹鋼圈,介質(zhì)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為線接觸,當(dāng)閥座密封圈邊緣有缺陷或者圓度不足時(shí),均會(huì)導(dǎo)致閥座密封圈與閥體配合面處出現(xiàn)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(nèi)部,并使用專用銷釘插入閥體上部定位孔定位閥座。在拔出銷釘?shù)苫貜椷^程中,由于阻力瞬間釋放,會(huì)導(dǎo)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(nèi)部出現(xiàn)卡澀影響準(zhǔn)確落位,從而影響密封效果。

2.2.3閥座密封圈發(fā)生塑性變形

閥座密封圈所在閥體部分應(yīng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓柱面,但是經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,實(shí)際上為一個(gè)圓錐面,在閥門拆裝過程中,閥座會(huì)連同閥座密封圈被專用工具推進(jìn)閥體內(nèi)部4mm左右處,閥體內(nèi)部圓錐面結(jié)構(gòu)可能會(huì)使密封圈發(fā)生塑性變形,當(dāng)回裝完成密封圈復(fù)位后,導(dǎo)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為線接觸,當(dāng)閥體配合面出現(xiàn)缺陷或者粗糙度不滿足要求時(shí),在閥座密封圈與閥體配合面接觸處就會(huì)存在微小間隙,以致無法形成有效的線密封。由于介質(zhì)壓力提供所需絕大部分的密封力,當(dāng)閥體配合面粗糙度不夠時(shí),介質(zhì)可能通過間隙泄漏到閥門下游。

3內(nèi)漏處理

3.1修復(fù)損傷密封面

損傷密封面的修復(fù)可以視缺陷情況,使用球閥研磨機(jī)將閥球與閥座進(jìn)行對(duì)研,消除缺陷。

3.2研磨閥座密封圈與閥體配合面

三門核電l號(hào)機(jī)組50%小修平臺(tái)時(shí),發(fā)現(xiàn)6臺(tái)Crane固定球閥再次出現(xiàn)內(nèi)漏缺陷,經(jīng)解體檢查分析,排除了零部件清理不干凈、異物、開關(guān)指示不準(zhǔn)確、軸套適配環(huán)厚度不當(dāng)、球體/閥座密封面損傷、閥座密封圈變形或缺損等因素,最后著重對(duì)閥體配合面粗糙度進(jìn)行了檢查與處理。由于沒有專用工具,通過測(cè)量閥體內(nèi)腔最大外徑、最小內(nèi)徑及內(nèi)腔水平距離,計(jì)算閥體內(nèi)腔偏斜錐度角,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)制作專用研磨胎具,通過粗磨、中磨、細(xì)磨,最后使用9μm研磨砂紙對(duì)配合面進(jìn)行拋光處理,回裝閥門、完成維修后試驗(yàn)合格。

4結(jié)論

本文對(duì)Crane固定球閥的結(jié)構(gòu)及內(nèi)漏原因進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:

（1）Crane固定球閥內(nèi)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(zhì)壓力、軸套適配環(huán)厚度相關(guān):

(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(zhì)和閥體配合面的粗糙度直接相關(guān):

(4)本文通過對(duì)Crane固定球閥內(nèi)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,為后續(xù)三門核電Crane固定球閥內(nèi)漏維修提供了參考。