核級高溫高壓閥門中腔法蘭結構密封研究

鄧永剛 劉平

摘 要：由于核電站現場使用要求，部分核級高溫高壓閘閥及節流閥不適合采用自緊密封結構，為了便于拆卸維護要求使用中法蘭結構，傳統的中腔墊片并不能滿足密封要求。在以往的制造試驗過程中，通常會降低試驗要求來達到密封要求。該文通過對核級高溫高壓閥門中法蘭結構的分析，對密封性能進行了驗證，計算了墊片的最小預緊載荷、內壓對墊片載荷的影響值計算、單個螺栓預緊扭矩值的計算、并給出了安裝與調試的方法。

關鍵詞：高溫高壓閥門 中腔法蘭結構密封 線密封

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）05（a）-0042-02

1 適用范圍

該方案針對核級高溫高壓閥門中法蘭結構中腔密封進行設計形式、材料、設計要求、生產制造、檢驗方法、安裝等內容研究。

2 技術要求

研究試驗體工況設計要求：閥門類型：閘閥；閥門設計壓力：17.2 MPa（表壓）；閥門設計溫度：最高360 ℃；閥門殼體水壓試驗：42.6 MPa（常溫）；試驗介質：去離子水。

3 引用標準

ASME BPVC-Ⅲ，核設施部件建造規則NB分卷。

JB/T 6628，柔性石墨復合增強（板）墊。

GB/T 1804，一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差。

Q/TS QPD830-2011，不合格品控制程序。

4 中腔密封結構研究

4.1 項目背景

由于核電站現場使用要求，部分核級高溫高壓閘閥及節流閥不適合采用自緊密封結構，為了便于拆卸維護要求使用中法蘭結構，傳統的中腔墊片并不能滿足密封要求。在以往的制造試驗過程中，通常會降低試驗要求來達到密封要求。在此筆者公司研制了核級柔性石墨復合墊片來用于核級高溫高壓閘閥及節流閥的中法蘭密封。這項技術在我國核電市場尚處于空白階段。

4.2 結構設計

因核級高溫高壓閥門的中腔密封實現密封功能很困難，在進行中腔結構時筆者所在方對墊片的接觸寬度及高度都必須進行詳細的計算來得出合理的數值。中腔示意圖見圖1。

中腔密封結構計算如下。

（1）墊片的最小預緊載荷計算。

式中：A為總螺栓預緊載荷，取WA>WO，kN；d為螺栓名義直徑，m；n為螺栓數量；K為螺母系數，對于潤滑狀況一般的螺栓，取K=0.2。

最小預緊載荷為理論計算值，是理想運行情況下針對閥門墊片的載荷計算，對于該項中墊片的預緊載荷，可作為閥門墊片安裝時的參考值，實際安裝時可做調整。

4.3 墊片結構選取

墊片結構選取如圖2所示。

核級柔性石墨復合墊片的尺寸及其公差應符合表1規定。

核級柔性石墨復合墊片的性能參數符合表2要求。

5 安裝與調試

核級柔性石墨復合墊片的安裝、維修等方式雖比較簡便，但為了確保最佳的使用性能，應遵從以下安裝方式。

5.1 檢查

（1）緊固件（螺母、螺栓或螺柱）材料和規格應符合相應標準的規定，其螺紋、螺桿、螺母與墊圈接觸面應無裂痕、削屑、毛刺、銹蝕、毛邊和其他損傷。（2）法蘭密封面、溝槽內無缺口毛邊或外來物。（3）法蘭密封面的粗糙度應為Ra0.8或更高。

5.2 潤滑

（1）允許使用規定的或認可的潤滑劑，均勻地涂敷在螺栓和螺母的內外螺紋，以及螺栓頭上，以減小螺栓自身的摩擦力。（2）潤滑劑應適合緊固件（包括螺母和墊圈）材料、工藝介質和使用溫度。

5.3 安裝

（1）在未完成上述調整之前，勿拆卸密封產品的外包裝。（2）小心拆開核級柔性石墨復合墊片墊片外包裝，確認密封面沒有劃痕、刮傷等缺陷后，將密封件放入需要密封的位置。

5.4 預緊螺栓

（1）選用合適的扭矩板手、液壓或其他拉伸器。（2）用手擰緊所有螺母（必要時用扳手）。（3）對稱擰緊每一螺母至全部扭矩值的30%。（4）對稱擰緊每一螺母至全部扭矩值的60%。（5）對稱擰緊每一螺母至預定力矩值。

參考文獻

[1]沈陽閥門研究所《閥門設計》編寫組.閥門設計[M].沈陽閥門研究所，1976.

[2]楊源泉.閥門設計手冊[M].北京：機械工業出版，1922.

[3]機械設計手冊編寫組.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1989.