高溫高壓閥門柔性石墨環改造

席原魁　唐和平　席洋洋

摘 要：通過對柔性石墨環用在高溫高壓閥門盤根填料時，截面結構的分析和實施探索，創造地將楔形式“V”型柔性石墨環反“V”面夾角由120°改為125°，正“V”面夾角仍保留為120°的改造，不僅保證了石墨環的密封效果，而且大大延長了柔性石墨環的使用壽命。

關鍵詞：柔性石墨環；閥桿；閥門填料函；改造

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0114-02

Abstract： Through the analysis and exploration of the cross section structure of flexible graphite ring used in packing of high temperature and high pressure valve， the angle of reverse "V" plane of "V" flexible graphite ring with wedge form is changed from 120°to 125°. The modification of the angle of the positive "V" plane is still kept at 120°. The sealing effect of the graphite ring is ensured and the service life of the flexible graphite ring is greatly prolonged.

Keywords： flexible graphite ring； valve stem； valve stuffing box； modification

由于柔性石墨環具有自潤滑性好、回彈系數高，即使在較苛刻的高溫條件下，其化學性能也十分穩定的性點，被廣泛應用于高溫高壓閥門作盤根填料使用。

1 常用柔性石墨環的現狀

柔性石墨環是采用柔性石墨帶或柔性石墨編制的填料，經模壓制成不同尺寸的環狀產品，一般每圈都有一縱向或徑向45°開口。安裝時首先將第一圈通過開口套在閥桿上，用一個剖分的圓筒體或壓緊工具均勻地將它壓到閥門填料函的底部。石墨環要按順序裝入，并使其相鄰兩層開口依次相錯90°或120°，每層都按上述方法壓緊后，最后通過旋緊填料壓蓋螺母，壓緊填料壓蓋，再將壓蓋螺母退出半圈即可。柔性石墨環的橫截面形式一般為方形和楔形式“V”型兩種，它們常用于高溫高壓閥門。

漳澤發電廠#3～6機組為4×210MW全套蘇聯進口的高溫高壓機組，配套鍋爐給水管道工作壓力為16～18MP，工作溫度242℃，每臺鍋爐主給水管道安裝有1臺DN250電動閘閥和1臺DN250閘板式電動調節閥，主給水旁路管道安裝有1臺DN100電動閘閥和1臺DN100閘板式電動調節閥，所有高溫高壓閥門盤根填料均為石棉制品。自#3機組于1989年12月、#4機組于1990年10月、#5機組于1991年1月、#6機組于1991年7月投產以來，由于其閥門石棉盤根制品在存儲、運輸、安裝等環節的可能存在問題，造成在機組投產后閥門盤根泄漏事件時有發生。為此，從1994年開始，為了減少主要閥門盤根泄漏造成機組停運，先后用三年時間，對原產自蘇聯“塔干羅格”制造廠的 En-670-13.8-545KT型鍋爐，所配套的主給水電動閥和調節閥石棉盤根進行了柔性石墨環改造。

2 存在的問題

橫截面為方形的柔性石墨環，其密封的原理是通過填料壓蓋壓緊石墨環使其內徑縱面受徑向壓力微向外變形填充與閥桿間的微小間隙，以達到閥桿密封的效果。橫截面為楔形式“V”型的柔性石墨環，一般由一個高壓端“凹”型石墨環和中間多層“V”型石墨環及低壓端楔形石墨環組合而成，其密封原理是在上述截面為方形柔性石墨環的基礎上，使中間每層“V”型石墨環增加了向上120°分力，使中間每層“V”型石墨環碗沿更容易填充與閥桿間的微小間隙，且對后續再次通過復緊填料壓蓋螺母延長石墨環密留有余地，但在實際使用以上兩種柔性石墨環是很不理想的。存在的主要問題如下：

（1）截面為方形的柔性石墨環，由于是把大量的薄片狀石墨迭加到要求的厚度，然后進行壓縮，迫使其緊緊地層壓在一起而制成的[2]，在實際使用中，石墨環內徑縱面膨脹量受縱向面積較大影響，石墨環滲漏率很高，通過增加復緊填料壓蓋螺母次數，只能短期降低石墨環滲漏率，且其45°開口處，受填料壓蓋縱向緊力作用，也容易“脹口”形成徑向泄漏通道。通過拆開閥門，對石墨環檢驗，發現整個閥門填料函內所有石墨環，已被壓緊為一個毫無彈性的僵硬的整體。

（2）截面型式為楔形式“V”型的柔性石墨環組，是用石墨帶通過繞在與閥桿直徑相同的圓棒上，再通過環狀“V”型模具縱向壓制而成的[2]，每個“V”型石墨環上下凹凸斜面夾角均為120°，在實際使用中，石墨環內徑縱面膨脹量受“V”型分力作用，石墨環滲漏率較截面為方形的石墨環效果稍好，通過增加復緊填料壓蓋螺母延長石墨環密封的復緊次數，較截面為方形的石墨環多1～2次，但由于其45°開口的存在，也存在“脹口”形成徑向泄漏通道的弊端。通過拆開閥門，對石墨環檢驗，出現和上述截面為方形的石墨環同樣的被壓緊為一個毫無彈性的僵硬的整體的問題。

1994年，漳澤發電廠開始對原產自蘇聯的鍋爐所配套的主給水電動閥和調節閥石棉盤根進行柔性石墨環改造。開始先將原石棉盤根更換為截面為方形的柔性石墨環，但經過一年時間的使用，#3～6鍋爐共計6個主給水閥、6個主給水調節閥，出現調節閥盤根泄漏8次（經多次復緊填料壓蓋螺母，仍泄漏5次），電動閥盤根泄漏5次（經多次復緊填料壓蓋螺母，仍泄漏3次）。1995年，將上述12個閥門柔性石墨由截面為方形，更換為截面為楔形式“V”型的柔性石墨環，但經過一年時間的使用，還出現調節閥盤根泄漏6次（經多次復緊填料壓蓋螺母，仍泄漏3次），電動閥盤根泄漏4次（經多次復緊填料壓蓋螺母，仍泄漏2次），效果稍好于截面為方形的柔性石墨環。

3 原因分析

（1）截面為方形的柔性石墨環，雖然能通過壓緊填料壓蓋使石墨環內徑縱面向外變形填充與閥桿間的微小間隙，達到閥桿密封的效果，但是受閥桿相對磨擦運動的影響，其閥桿與石墨環內徑很容易出現間隙，而由于截面為方形，再次通過壓緊填料壓蓋，迫使石墨環變形量也很有限，其實此時的多層石墨環已被壓緊為一個無彈性的僵硬的石墨整體，已無彈性。實踐證明，若鍋爐冷態啟動中閥門石墨環出現滲漏，只有待啟動達到熱態（各部件熱膨脹到位）時通過壓緊填料壓蓋減少滲漏，但若熱態后無法通過壓緊填料壓蓋減少滲漏，就只有停止機組啟動，重新更換閥門石墨環了。漳澤電廠1994年發生的8次主給水閥門石墨環泄漏，就屬于這種原因所致。

（2）截面為楔形式“V”型的柔性石墨環，由于上下層“V”型角度均為120°，正“V”面與反“V”面相疊只是增加了石墨環層間接觸面積，當通過壓緊填料壓蓋，迫使石墨環變形時，首先是通過“V”型碗沿向外膨脹達到與閥桿密封的效果。當閥桿與石墨環間出現間隙滲漏時，再通過壓緊填料壓蓋，迫使石墨環內徑縱面受徑向壓力微向外變形填充與閥桿間的微小間隙，延長閥桿密封的效果，但較截面為方形的石墨環多復緊1-2次后，仍出現石墨環變形量有限，此時的多層石墨環已被壓緊為一個無彈性的僵硬的石墨整體，再無彈性。漳澤電廠1995年發生的5次主給水閥門石墨環泄漏，就屬于這種原因所致，其中有一次為其45°開口處，出現徑向泄漏，損傷閥門填料函內壁，造成閥門石墨環泄漏，而被迫停機處理。

4 改進措施

（1）在截面為楔形式“V”型柔性石墨環的基礎上，將“V”型柔性石墨環反“V”面夾角由120°改造為125°，正“V”面夾角仍保留為120°，這樣，當正“V”面與反“V”面相疊時，其接觸層間就留有5°角度差，當通過壓緊填料壓蓋，迫使石墨環變形時，首先是通過“V”型碗沿向外膨脹達到閥桿密封的效果。當閥桿與石墨環間出現間隙滲漏時，再次通過壓緊填料壓蓋，由于上下層間存在5°角度差，其“V”型碗沿仍可向外膨脹達到閥桿密封的效果，且由于5°角度差的存在，即是滲漏介質進入層間疏松間隙，由于自宮式密封效果的存在，仍可保證石墨環的密封效果，大大延長了閥桿密封效果。

（2）為了提高石墨環強度，一是取消其45°開口；二是在石墨環內部加入304鋼帶、鋼網或鎳鉑等以提高抗壓能力，延長石墨環使用壽命。

（3）改變石墨環安裝方式，在機組停機對閥門檢修的解體回將時，一次性將改進后的楔形式“V”型柔性石墨環套件裝入閥門填料函內（由于該石墨環不存在45°開口，安裝效率將大大提高），再通過旋緊填料壓蓋螺母壓緊填料壓蓋，并退出半圈即可。

5 改造后的效果

1996年通過將改進后的楔形式“V”型柔性石墨環，在漳澤發電廠#3～6鍋爐主給水閥門的使用，全年未發生因石墨環泄漏停機事件，極大提高了石墨環在火力發電廠高溫高壓閥門使用的可靠性。

由于改進后的楔形式“V”型柔性石墨環在漳澤電廠調節最頻繁的主給水系統取得成功，從1997年開始，漳澤發電廠分別利用機組檢修機會，將其擴大至鍋爐事故噴水、事故放水、對空排汽及機務排空、疏水等系統各高溫高壓閥門，并確保了一個大修周期內未出現過因石墨環原因，造成閥門泄漏事件。

參考文獻：

[1]〔美〕J.L.萊昂斯.閥門技術手冊[M].袁玉求，張洪文，章嘉炎，等譯，機械工業出版社，1991.

[2]JB/T8872-2016.機械密封用碳石墨密封環技術條件[Z].

[3]QB/ZFD-104-03.01-97.漳澤發電廠鍋爐檢修工藝規程[S].