淺談高壓球閥外漏原因分析及處理

劉　斌

淺談高壓球閥外漏原因分析及處理

劉斌

(元寶山發(fā)電有限責任公司，內蒙古 赤峰市 024070)

針對一款600MW機組鍋爐高壓球閥頻繁出現(xiàn)外漏的問題，通過對高壓球閥結構特點分析，結合管路布置特點，對高壓球閥外漏原因進行分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐冷熱態(tài)熱膨脹及不合理的管路布置引起的球閥出口側法蘭螺栓受力不均、法蘭鋼制密封墊錯位是導致球閥外漏的主要原因。通過在球閥出口側法蘭增加一道柔性密封，并對管路布置進行優(yōu)化，有效解決了球閥外漏的問題。另外，選用單片式閥體球閥也能避免同類故障發(fā)生。

高壓球閥；漏泄；密封；優(yōu)化

高壓球閥的球體由預先計算好彈力的蝶形彈簧壓緊在閥座出口側。高壓球閥主要具有以下優(yōu)點：球體與出口側閥座接觸面積較大，密封性能較好；球體通徑較大，對流體阻力較小；球閥結構簡單操作輕便；球體表噴涂硬質合金，耐磨性能好，使用壽命長[1]。因此，高壓球閥被廣泛應用于電站鍋爐的高壓汽水管道上，尤其以疏放水系統(tǒng)最為常見。高壓球閥結構如圖1所示。

圖1　高壓球結構示意圖

高壓球閥在應用過程中鮮有外漏發(fā)生。而當高壓球閥出現(xiàn)外漏后，處理措施大多數為直接更換出口側法蘭墊片，一般未究其原因。通過分析球閥外漏的典型案例，對高壓球閥外漏原因進行分析，針對發(fā)現(xiàn)的問題提出處理方案，以解決高壓球閥外漏問題。

1　球閥外漏原因分析

以元寶山發(fā)電有限責任公司2號鍋爐過熱器疏水閥門站為例，該過熱器疏水閥門站位于爐側57米平臺，并分4路共安裝了8個高壓球閥。2012年至2016年，該高壓球閥共發(fā)生外漏故障4次，且均為出口側法蘭密封面漏泄。通過解體閥門發(fā)現(xiàn)，該高壓球閥的出口側法蘭金屬八角墊存在明顯偏斜，漏泄處無原始加工、鍛造缺陷。另外，該高壓球閥已經運行3年，由于安裝在其他部位的同批次高壓球閥并未發(fā)生此類問題，因此可基本排除其存在出廠缺陷的可能。

管系布置如圖2所示。通過對管系進行檢測分析可知，鍋爐57米標高處的豎直管在熱態(tài)時向下最大膨脹量約為260 mm；水平管段長僅為2000 mm；閥后疏水母管為固定端，不受鍋爐熱膨脹影響。

圖2　管系布置

由此分析可知，鍋爐熱膨脹產生的膨脹量完全被水平管段及連接閥門的豎直管段所吸收[2]，導致球閥出口側法蘭八角墊長時間受力不均勻。鍋爐負荷變化導致溫度發(fā)生變化；溫度變化導致鍋爐膨脹量發(fā)生變化；鍋爐膨脹量發(fā)生變化，使得法蘭螺栓所受拉應力也隨之改變。高負荷應力分析如圖3所示，低負荷應力分析如圖4所示。長時間受交變應力作用，導致閥門法蘭螺栓和八角墊產生金屬疲勞[3]，最終導致閥門漏泄的發(fā)生。

圖3　高負荷應力分析

圖4　低負荷應力分析

2　處理措施

2.1　改進密封形式

原密封形式為金屬八角墊硬密封，在長時間交變應力的作用下不可避免會產生金屬疲勞。若選用金屬纏繞墊或柔性密封墊，則會因強度不足而影響使用壽命[4]。通過結合剛性密封盒與柔性密封兩者的優(yōu)點，對密封形式進行改進。在金屬八角墊外側的閥體上開槽，加裝一層高強石墨墊片。改進后，以八角墊密封為主，以高強石墨墊片密封為輔，并通過八角墊在閥體上的開槽使法蘭間隙變小，減少法蘭在受到不均勻應力時產生的變形，有效降低法蘭漏泄風險[5]。改進前、后的閥體密封結構對比，如圖5所示。

2.2　優(yōu)化管系布置

由于管系存在先天設計缺陷，導致閥門處應力集中，因此應優(yōu)化管系布置以改變管系應力分布狀態(tài)。可通過采取延長管線或在管系中安裝膨脹補償裝置等措施，對管系布置進行優(yōu)化。由于延長管線受場地大小等因素制約，因此優(yōu)先選擇加裝膨脹補償器。通過加裝膨脹補償器，可減小閥門法蘭所受應力。通過加裝管卡將閥門入口端固定，將閥門整體變?yōu)楣潭ǘ耍构芟底杂啥松弦疲捎行p小閥門法蘭受力[2]。優(yōu)化管系布置后的效果如圖6所示。

圖6　優(yōu)化后效果圖

2.3　更換為單片式閥體球閥

單片式閥體球閥在出口側沒有法蘭螺栓，而是采用焊接密封。由于采用焊接密封能提高閥體的強度，因此將原高壓球閥更換為單片式閥體球閥可有效降低漏泄的風險。

3　結論

通過實例分析，找出高壓球閥漏泄的根本原因，提出改進密封形式、優(yōu)化管系布置和更換單片式閥體球閥的處理措施，為同類型閥門漏泄故障的排除提供參考。

[1] 吳尖斌.高壓球閥的結構設計[J].閥門,2004(5):4-6.

[2] 張耀,曹小平,王春芬,等.材料力學[M].北京:清華大學出版社,2015(9).

[3] 華勁松,經福謙,譚華.動載荷下材料的屈服強度變化[J].固體力學學報,2001,22(4):421-426.

[4] HGJ70-91鋼制管法蘭用柔性石墨復合墊片.

[5] 嚴旭明.密封墊片的選型與安裝[J].液壓氣動與密封, 2008,28(4):4-7.

Analysis and treatment of the leakage for the high pressure ball valve

LIU Bin

(Yuanbaoshan Power Generation Co., Ltd., Chifeng, Inner Mongolia 024070, China)

The high-pressure ball valve of 600 MW Unit Boiler in Yuanbaoshan Power Generation Co., Ltd. has frequent leakage defects. Through the analysis of high-pressure ball valve structure characteristics, the cause of leakage of high-pressure ball valve is analyzed combined with pipeline layout characteristics. It is found that the uneven force of the flange bolts on the outlet side of the ball valve caused by the hot and cold thermal expansion of the boiler and the unreasonable piping arrangement, and the dislocation of the flange steel gasket are the main reasons for the leakage of the ball valve. By adding a flexible seal to the outlet flange of the ball valve and optimizing the pipeline layout, the leakage phenomenon of the ball valve can be eliminated. In addition, the ball valve with a single valve body structure can also avoid similar problems.

high-pressure ball valve; leakage; sealing; optimization

TH134

A

2096–8736(2021)03–0025–03

劉斌(1986—)，內蒙古赤峰人，大學本科，工程師，主要研究方向為提高汽水系統(tǒng)閥門運行可靠性。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍