Crane固定球閥內漏原因分析與處理

1Crane固定球閥的結構特點

Crane固定球閥的主要結構包括閥體、閥桿、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最小。

(2)密封性能良好:閥門關閉后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固定球閥為金屬對金屬的硬密封,耐老化、耐輻照性能好。

圖1Crane固定球閥結構簡圖

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(xiàn),一般采用修理或更換備件的方式消缺,但備件價格較高,且有時備件更換后堅持約10天依然會再次發(fā)生內漏,嚴重影響CVs(化學和容積控制系統(tǒng))系統(tǒng)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后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,為避免固定球閥頻繁啟閉過程中出現(xiàn)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:

式中,gb為保證密封必須的比壓(MPa):g為實際比壓(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:

2.1.1異物導致密封面卡澀或劃傷

Crane固定球閥為金屬對金屬硬密封,對異物非常敏感,系統(tǒng)中若存在異物則會導致密封面劃傷,產生泄漏。在系統(tǒng)熱試期間,該類型球閥內漏處理時多次發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)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-61一2003《鋼制閥門壓力試驗》標準及Crane固定球閥設計參數(shù),其密封性能試驗標準為:15.4MPa壓力下泄漏率≤20mL/h。根據(jù)現(xiàn)場維修后試驗結果,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(huán)安裝尺寸不當

根據(jù)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(huán),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(huán)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放大后得出圖2閥座組件結構圖。

圖2閥座組件結構圖

閥座密封圈為"V"型鉻鎳鐵合金不銹鋼圈,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為線接觸,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(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(xiàn)卡澀影響準確落位,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為一個標準的圓柱面,但是經(jīng)過現(xiàn)場測量,實際上為一個圓錐面,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(fā)生塑性變形,當回裝完成密封圈復位后,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為線接觸,當閥體配合面出現(xiàn)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游。

3內漏處理

3.1修復損傷密封面

損傷密封面的修復可以視缺陷情況,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l號機組50%小修平臺時,發(fā)現(xiàn)6臺Crane固定球閥再次出現(xiàn)內漏缺陷,經(jīng)解體檢查分析,排除了零部件清理不干凈、異物、開關指示不準確、軸套適配環(huán)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,最后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,通過測量閥體內腔最大外徑、最小內徑及內腔水平距離,計算閥體內腔偏斜錐度角,根據(jù)測量數(shù)據(jù)設計制作專用研磨胎具,通過粗磨、中磨、細磨,最后使用9μm研磨砂紙對配合面進行拋光處理,回裝閥門、完成維修后試驗合格。

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(huán)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,為后續(xù)三門核電Crane固定球閥內漏維修提供了參考。