球閥下游密封漏水缺陷評估分析

陸一圓

摘要：本次研究中，以某水電廠四臺球閥為例，首先分析了球閥設備運行狀況，隨后針對球閥下游密封存在的漏水缺陷展開問題檢查，并做好相應處理措施，最后針對缺陷進行了風險評估，旨在借助研究推進，降低球閥設備運行風險，促進生產效益提升。

關鍵詞：球閥;下游密封;漏水缺陷;風險評估

引言：球閥發明于上世紀中期，隨著現代生產工藝以及產品結構水平的優化，其被廣泛應用于石油煉制、化工、電力、制藥、水利以及鋼鐵等制造行業中。在應用特征上，其具有耐磨、密封性強、使用壽命長等優勢，通常被用作于管路切斷以及設備開關、切斷閥制造中。但是，此設備在運行中存在一定的密封漏水隱患，對此亟待解決。鑒于此，針對球閥下游密封漏水缺陷進行評估分析具有重要現實意義。

1、設備概況

某水電廠共設有四臺球閥，分別是#1、#2、#3、#4，球閥密封分為檢修密封和工作密封，其中，檢修密封裝配在球閥上游側，也稱上游密封;工作密封裝配在球閥下游側，也稱下游密封[1]。

每臺球閥上下游密封的結構形式基本一致，均由固定環、活動環、中間環及相應的密封圈等組成（如圖1所示）。活動環分別與閥體、中間環之間構成密封的投退腔體，通過投退腔的供排水來實現活動環的投入與退出。當活動環投入時，它與固定環緊密接觸，達到封閉來水的目的;當活動環退出時，它與固定環間存在間隙，保證閥芯能夠轉動[2]。兩處密封主要作用不一樣，檢修密封僅在檢修時作為安全隔離措施手動投入，而工作密封在機組停機時投入以減小漏水損失[3]。

2、球閥下游密封漏水缺陷檢查

2.1球閥下游密封缺陷檢查情況

運維期間發現該電廠#4球閥下游密封處有明顯的過水聲，于是在機組檢修期間對#4球閥下游密封開展了檢查，發現#4球閥下游密封固定環下部區域有34顆螺栓脫落遺失或明顯松動的現象（共100顆），若缺陷進一步惡化、螺栓脫落嚴重，有固定環松脫、移位、卡住閥芯，造成球閥無法正常開關并造成球閥本體設備損傷的可能。鑒于缺陷發生的同理性，隨后分別于其他機組停機期間，陸續對#1、#2、#3三臺球閥下游密封進行了檢查。檢查結果顯示，除#3球閥外，#1、#2、#4球閥下游密封固定環緊固螺栓均不同程度出現脫落、松動或緊固力矩不足等問題，其中#4球閥下游密封固定環緊固螺栓脫落、松動情況最為嚴重。

2.2球閥下游密封缺陷處理情況

為解決上述缺陷，采用改進該處緊固螺栓的止動方式，以增強螺栓的止動效果。實施方案的總體思路為將該螺栓按原工藝（即涂鎖定膠，加防松墊圈，以67N.m力矩緊固）回裝后，再對螺栓頭部進行點焊加固，主要處理措施如下表。

3、球閥下游密封漏水缺陷風險評估

3.1下游密封固定環緊固螺栓再次發生松脫缺陷的風險評估

經過對四臺球閥下游密封固定環螺栓進行加固處理后，螺栓松動、脫落的缺陷已消除。其他類似電廠（下游密封固定環采用相似結構/止動方式均采用點焊止動）從未出現過此種缺陷，故評估缺陷再次發生的可能性極低，后續在機組年度常規C修中持續開展定期檢查即可。

3.2上游密封出現該缺陷的可能性評估

進行上游密封固定環緊固螺栓發生松脫缺陷可能性評估時，評估內容主要如下：①上游密封僅在機組檢修期間投入，因此上游密封的工作時間和投退次數遠遠低于下游密封，故上游密封固定環與活動環相互撞擊的時間和次數極少，即上游密封固定環緊固螺栓沖擊受力的次數極少，具體運行環境如圖2所示。

②球閥開啟過程，上游密封兩側均為上游水壓，壓差較小;而下游密封一側為上游水壓、一側為尾水壓，壓差較大;故上游密封處水流速相對較低，水流沖擊影響較小，即上游密封固定環緊固螺栓受到的水流沖擊振動較小。③對機組運行數據（包含下游密封投退次數、機組運行時間）和下游密封固定環螺栓的未打膠數量及松脫數量進行統計及分析，按下游密封投退次數、機組運行時長由高到低排序為#1、#3、#4、#2，按下游密封固定環螺栓松脫的數量由高到低排序為#4、#1、#2、#3，可見機組運行數據與螺栓是否發生松脫以及松脫數量之間并不存在明顯的對應關系。同理分析上游密封固定螺栓松脫缺陷是否發生及其松脫數量與機組運行數據之間也無明顯規律性。

4、總結

4.1評估結果

對上述檢查處理實際情況及風險評估結果總結如下：

①目前四臺機組球閥下游密封固定環緊固螺栓已完成點焊加固處理，處理效果良好，且經評估缺陷再次發生的可能性極低。

②球閥上游密封固定環螺栓松脫落缺陷發生的可能性雖然遠低于下游密封，但缺陷的發生及其嚴重程度與機組運行數據之間無明顯規律性，當前無法從運行數據準確預估出上游密封可繼續安全穩定運行的時長。

4.2建議

制定后續跟蹤措施及處理建議如下：

①后續在機組年度常規C修中，持續開展對四臺機組球閥下游密封固定環緊固螺栓的定期檢查。

②擇機安排上游水道停水檢修，對四臺機組球閥的上游密封固定環螺栓開展檢查及點焊加固處理。

③在球閥上游密封固定環螺栓技改加固處理完成前，每隔半年測量一次上游密封漏水量，當漏水量出現增大超過標準范圍時，需對上游密封運行狀態開展再評估，考慮提前對上游密封開展檢查處理。

參考文獻：

[1]LU Jia-ming， LI Zhong. 基于有限元法的超超臨界機組球閥密封設計及研究[J]. 液壓氣動與密封， 2018， 038（012）：22-25.

[2]陳緒雨. 長輸天然氣管道大口徑球閥內漏故障分析與檢測方法探討[J]. 化工管理， 2018， 000（002）：208.

[3]孔翔， 陳力智， 邱曉來，等. 大口徑金屬硬密封球閥泄漏分析及解決方案[J]. 機械設計與制造， 2019， 000（006）：204-207.

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