彈簧式平行雙閘板閘閥泄漏及卡死故障分析

龐廣南

福建古雷石化有限公司 福建 漳州 363200

平行雙閘板閘閥具有能有效避免熱脹冷縮導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)困難以及閥門啟閉時(shí)所需力矩更小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電站蒸汽系統(tǒng)管路中。某企業(yè)的自備電廠的超高壓CFB鍋爐的啟動(dòng)蒸汽母管開(kāi)關(guān)切斷閥為進(jìn)口品牌的彈簧式平行雙閘板閘閥閥，其中1臺(tái)閥門在2022年曾發(fā)生自密封閥蓋外漏及閥板卡死等故障，文章介紹了故障發(fā)生經(jīng)過(guò)，分析故障產(chǎn)生原因，并提出改進(jìn)優(yōu)化建議。

1 1#爐啟動(dòng)蒸汽母管開(kāi)關(guān)閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理說(shuō)明

1#爐的啟動(dòng)蒸汽母管開(kāi)關(guān)閥結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。閥體材質(zhì)F91，公稱直徑為DN200，壓力等級(jí)為CL2500，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理如下。

圖1 啟動(dòng)蒸汽母管開(kāi)關(guān)閥

（1）其閘板為彈簧式平行雙閘板，由兩塊平行對(duì)稱布置的單閘板（件5）組成，兩塊單閘板中間設(shè)有彈簧（件6）。在彈簧力的作用下，兩塊平行的單閘板被往外撐開(kāi)，從而使得兩塊閘板保持與上、下游的閥座滑動(dòng)接觸并在介質(zhì)低壓力時(shí)增進(jìn)密封力。在介質(zhì)壓力較低作用于閘板上的力小于彈簧撐開(kāi)力而無(wú)法以克服彈簧作用力時(shí)，兩塊閘板均緊密貼合閥座，這時(shí)為雙面強(qiáng)制密封；但當(dāng)介質(zhì)壓力足夠大，可以克服彈簧作用力，并推動(dòng)閘板向出口端壓緊時(shí)，就成了單面強(qiáng)制密封，此時(shí)彈簧的作用主要是預(yù)防閘板的顫動(dòng)。[1]

（2）其閥蓋密封結(jié)構(gòu)為軸向平墊自緊式密封結(jié)構(gòu)，，具有工作介質(zhì)壓力越大，密封性能越好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各類高溫高壓結(jié)構(gòu)。其自緊密封原理是，在介質(zhì)進(jìn)入閥腔升壓前，先旋緊提升螺栓（件1），使閥蓋（件3）上升，密封墊環(huán)（件8）由于受到四開(kāi)環(huán)（件9）的限位無(wú)法向上移動(dòng)，因此通過(guò)旋緊提升螺栓所提供的預(yù)緊力使閥蓋與平面密封墊（件8）之間以及閥體與平面密封墊之間形成初始密封所需要的密封面上的預(yù)緊比壓。當(dāng)閥腔內(nèi)的介質(zhì)壓力逐漸變大時(shí)，閥蓋受介質(zhì)壓力的作用向上移動(dòng)，進(jìn)一步擠壓平面密封墊，密封面的比壓也隨介質(zhì)壓力的增加而逐漸增大，壓力越大，密封比壓越高，密封效果越好。

2 故障發(fā)生及現(xiàn)場(chǎng)處置經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)述

2022年4月，1#CFB鍋爐投用并將蒸汽切換至啟動(dòng)蒸汽母管，內(nèi)操遠(yuǎn)程打開(kāi)啟動(dòng)蒸汽母管開(kāi)關(guān)閥。現(xiàn)場(chǎng)外操巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)填料函附近出現(xiàn)蒸汽外漏并伴隨著被吹損石墨密封件的粉末。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)初判為閥桿填料部位發(fā)生的泄漏，采取常規(guī)的閘閥填料外漏處理措施：將閥門全開(kāi)利用閘閥的上密封結(jié)構(gòu)消除外漏。但是隨即發(fā)現(xiàn)閥門此操作止漏作用不明顯，外漏現(xiàn)象依舊存在。經(jīng)穿戴好全套防護(hù)用具，再次對(duì)閥門泄漏位置做仔細(xì)查看，發(fā)現(xiàn)泄漏的部位并不是閥桿填料部位，泄漏的蒸汽是從閥蓋兼填料函（件3）和蓋板（件9）之間的間隙中出來(lái)，沿填料函外圓向上噴出，看起來(lái)像是填料函填料處外漏，但實(shí)際是閥蓋泄漏。因此，現(xiàn)場(chǎng)采取全開(kāi)閥門利用上密封結(jié)構(gòu)消除該閥外漏的方式作用不明顯。明確泄漏部位為閥蓋后，現(xiàn)場(chǎng)擬對(duì)該閥門進(jìn)行關(guān)閉操作，減小閥腔上部壓力，避免大量高壓外漏蒸汽對(duì)密封面的沖刷時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥門卡死無(wú)法動(dòng)作。

3 故障原因分析

（1）閥蓋自密封失效外漏本次閥門故障的起因，主要是由于密封比壓不足。

自密封閥蓋的初始密封比壓由4顆提升螺栓旋緊提升填料函后提供。提升螺栓扭矩不足，即密封比壓不夠，會(huì)導(dǎo)致自密封部位在升壓階段就產(chǎn)生泄漏[1]，泄漏通道一旦形成，后續(xù)隨著介質(zhì)壓力快速升高，自密封的石墨密封墊將被快速吹損，密封徹底失效。提升螺栓扭矩不足的原因可能是閥門裝配或維修時(shí)提升螺栓緊固扭矩值偏低或者是此前閥門在高溫高壓環(huán)境中因螺栓應(yīng)力松弛導(dǎo)致有效預(yù)緊力下降。

（2）閥門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在設(shè)計(jì)缺陷，缺少限制閥板提升高度的限位機(jī)構(gòu)，事故狀態(tài)下閥板提升后脫離閥座是導(dǎo)致閥門故障進(jìn)一步擴(kuò)大的重要原因。

12MPa的超高壓蒸汽將閥蓋自密封柔性石墨平墊完全吹損后，填料函（件3）在介質(zhì)壓力的作用下向上移動(dòng)，導(dǎo)致填料函下部與閥座頂部的空間略大于閥門雙閘板的高度。由于閥門缺少限位機(jī)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置故障時(shí)將閥門開(kāi)啟提升閘板至最大高度后閘板脫離閥座。同時(shí)由于彈簧式平行雙閘板閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，當(dāng)兩端單閘板沒(méi)有了閥座的限位后，兩塊單閘板之間的彈簧將兩端閘板撐開(kāi)，閘板下部的寬度大于進(jìn)出口閥座間的距離，閥板無(wú)法再回到閥座，閥板卡死在閥座與填料函之間的空腔。

4 故障處置措施

對(duì)于焊接閥門故障，多是采取在線維修方式進(jìn)行，即將閥門的閥蓋拆除后，將閥桿、閥板等部件逐一拆除抽出進(jìn)行維修。但是該故障閥門卻無(wú)法實(shí)施在線維修。

通過(guò)圖1結(jié)構(gòu)圖可知，拆除自密封閥蓋組件，需將自密封提升螺栓（件1）旋松后，將填料函下降至足夠的距離，才能將自密封組件中的四開(kāi)環(huán)（件2）從閥體內(nèi)槽中分塊依次取出。在解除了四開(kāi)環(huán)對(duì)填料函的向上限位后，才能繼續(xù)將填料函取出。經(jīng)查閱閥門詳圖可知四開(kāi)環(huán)的高度為44mm，填料函的上肩部位于限位環(huán)中間位置，約需要填料函下降20mm左右才能將限位環(huán)取出。但是由于閘板卡死在閥座與填料函之間的空間內(nèi)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門的操作，發(fā)現(xiàn)閘板只能輕微的上下移動(dòng)（不超過(guò)10mm），即閘板的上表面與填料函下表面的間隙不足以讓填料函下降到能夠拆除四開(kāi)環(huán)的位置。因此自密封閥蓋無(wú)法進(jìn)一步拆解。閥蓋無(wú)法拆除也就意味無(wú)法從閥腔將卡死的閘板復(fù)位至閥座。要進(jìn)行維修必須先將閥板回座，消除對(duì)自密封閥蓋拆解的限制。

經(jīng)與閥門制造商做充分研討后，決定先采取帶壓堵漏方式消除自密封閥蓋的外漏，待后續(xù)擇機(jī)安排閥門下線返廠維修。

5 改進(jìn)及提升措施

1）在外部設(shè)置閥門限位結(jié)構(gòu)限制閥板提升高度，提高閥門機(jī)械本質(zhì)安全。

閥桿上設(shè)有閥門開(kāi)度指示塊（件12）隨閥桿上下移動(dòng)，供觀察電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制下的閥門是否已開(kāi)關(guān)到位。根據(jù)制造商所提供的計(jì)算數(shù)據(jù)，可知閥板的最大允許不離座提升高度為203mm。閥門全關(guān)狀態(tài)下，定位塊上表面距離限位板到執(zhí)行結(jié)構(gòu)支座底部的距離為270mm，即開(kāi)啟到最大允許高度時(shí)指示塊下表面距離執(zhí)行機(jī)構(gòu)制作底部為上63mm。因此在指示塊上焊接兩塊20×67×6的限位板（詳見(jiàn)圖1 虛線部分）即可起到限制閥門過(guò)度提升的功能，避免發(fā)生閥板離座的情況。

2）完善具有自密封閥蓋結(jié)構(gòu)閥門的維修、操作管理方面要求。

對(duì)于具有自密封閥蓋結(jié)構(gòu)的閥門，在維修時(shí)應(yīng)按照廠家提供的扭矩值，采用扭矩工具進(jìn)行閥蓋提升螺栓的緊固，防止閥蓋初始預(yù)緊力不足以及受壓后閥蓋進(jìn)一步擠壓密封墊后上移導(dǎo)致提升螺栓松動(dòng)；在閥門投用前，操作人員要檢查閥蓋預(yù)緊螺栓是否有松動(dòng)情況，如有應(yīng)安排要鎖緊；在閥門投用后，升溫升壓到正常工況約2小時(shí)，再次檢查閥蓋預(yù)緊螺栓螺母是否有松動(dòng)，如有松動(dòng)應(yīng)略旋緊至螺母貼合壓蓋無(wú)間隙。

6 結(jié)束語(yǔ)

用于超高壓蒸汽的自密封閥蓋的彈簧型平行雙閘板閘閥因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用工況特殊性，應(yīng)當(dāng)將其列為特殊閥門從多方面加強(qiáng)管理，如組織開(kāi)展培訓(xùn)確保操作人員懂結(jié)構(gòu)原理和具備故障初判及應(yīng)急處置能力、要根據(jù)其特點(diǎn)制定有針對(duì)性的維修及投用前后檢查的管理要求等，才能更好的確保其長(zhǎng)周期的平穩(wěn)運(yùn)行。