安全殼C 類試驗閥門缺陷原因分析及處理

朱 文，林 磊

（中國核電工程有限公司華東分公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

安全殼整體密封性試驗的目的是檢驗安全殼在密封性方面的設計和建造質量，以評價失水事故時安全殼的密封性能。通過試驗查找出可能泄漏的部位，并進行必要的維修，確保安全殼泄漏率不大于規(guī)定值。

安全殼整體試驗包括局部試驗和整體試驗。局部試驗分B 類試驗（測定通過安全殼特定貫穿件的局部泄漏率）和C 類試驗（測定通過安全殼隔離閥的局部泄漏）。整體試驗又稱A 類試驗，即測定安全殼整體泄漏率，并在此期間進行強度試驗。安全殼C 類試驗和B類試驗的結果直接影響A 類試驗是否成功。某電廠1、2 號機組安全殼C 類試驗共涉及閥門400 多個，包括閘閥、截止閥、止回閥等類型。單體泄漏率不合格的閥門中蘇閥閘閥、大高止回閥數(shù)量最多。

1 閘閥

1.1 結構特點

閘閥用于截止介質。在全開時整個流道直通，此時介質運行的壓力損失最小。閘閥一般情況下只用于全開、全關各類管路和設備上的介質運行，不允許作調節(jié)閥使用。從工作原理上來說，閥瓣的運動方向基本垂直于介質來流的方向，具有開關力小、流阻小的特點。其密封性能由密封副的形式來決定。根據(jù)密封元件的形式，常常把閘閥分為楔式閘閥、平行式閘閥、平行雙閘板閘閥、楔式雙閘板閘閥等類型。其中最常用的形式是楔式閘閥和平行式閘閥。楔式閘閥強制密封的密封效果較好，而自密封的密封效果相對較差，尤其當閥體上、下游壓差較小時更加明顯。而平行閘閥的結構就是為了解決這個問題而設計的，彈簧力的作用使平行閘板閥具有一定的強制密封能力。

1.2 故障分析及處理措施

1.2.1 密封帶偏下故障

對泄漏率不合格的W 形平行座閘閥（圖1）進行解體，仔細檢查閥門密封面未發(fā)現(xiàn)異物。對密封面進行檢查發(fā)現(xiàn)輕微劃痕，不影響密封。對閥門進行藍油試驗發(fā)現(xiàn)閥瓣密封帶偏下，不在中間位置，12 點鐘方向接觸不上或者接觸過小，有斷帶。全部解體后，對楔形塊與底部進行檢查，發(fā)現(xiàn)已完全貼合，不存在間隙。將楔形塊底部向上用力托，發(fā)現(xiàn)楔形塊與閘板架也是完全貼合，即閥瓣無法繼續(xù)向下運動。綜合以上閥門泄漏率不合格的主要原因為閥瓣有效密封面積過小。為保證密封使該閥門的泄漏率達到要求，需要增加閥門閥瓣的密封面積。

圖1 W 形閘閥閥芯結構

圖2 閥瓣上附著的雜質

改進方案1：對閥瓣堆焊密封面材料，以增加閥瓣密封面積，保證密封效果。但是這種解決方案需要將閥瓣進行返廠處理，工期較長。

改進方案2：將楔形塊底部打磨2 mm 左右，使閥瓣可以繼續(xù)向下運動，閥瓣與閥座相互接觸形成密封帶，以保證密封效果。

為了保證C 類試驗的順利進行，經(jīng)廠家、設計討論最終采用方案2。按方案2 對閥門進行改進處理后，閥門泄漏率合格。

1.2.2 密封面雜質故障

對泄漏率不合格的閘閥進行解體，發(fā)現(xiàn)閥門上附著了很多鐵屑和雜質，密封面上有劃痕。造成這種情況的主要原因是閥門安裝在碳鋼管線上，由于現(xiàn)場管道多為初次使用，管線沖洗可能不到位，有雜質殘留。并且碳鋼管線容易腐蝕，致使管線內雜質比較多。閥門進行開關的過程中，如果雜質附在密封面上，就會損壞、劃傷密封面，導致閥門內漏。為保證密封性，需清理雜質，并對有劃傷的密封面重新研磨，藍油試驗合格后回裝。

1.2.3 閘板裂紋故障

對某電廠2 號機組2RRI211VN 閥門進行打壓時，發(fā)現(xiàn)該閥門泄漏率超標，隨即對其進行解體。確認管道內無介質后，松動中法蘭螺栓，吊出閥門。對密封面進行檢查時，發(fā)現(xiàn)閥門出口側閥瓣存在裂紋，正好處于密封帶中間。由于安全殼整體打壓節(jié)點距離較近，返廠時間來不及，又考慮到該閥門為W 形平行座閘閥，該閥門形成密封主要為該閥門出口，因此對閥門研磨后，更換進出口閥瓣（在HTS 上形成缺陷記錄，后續(xù)處理），重新進行打壓試驗，泄漏率顯示合格，對該閥門進行臨時回裝。在安全殼打壓試驗結束后對該缺陷進行處理，更換了有裂紋的閥瓣。

1.2.4 密封面瓢曲故障

在處理部分閥門時發(fā)現(xiàn)閥瓣、閥座有瓢曲現(xiàn)象。工作人員對其使用刀口尺進行檢查時，發(fā)現(xiàn)有閥瓣內側有光線透出，說明閥瓣不平（圖3）。分析該閥瓣變形的主要原因：①出廠時材料的內應力未釋放完全，在現(xiàn)場近2 年的時間釋放了材料剩余的內應力，同時產(chǎn)生形變；②該閥門焊接在管道上，焊接時管道受熱，閥座、閥瓣可能發(fā)生變形。

處理方案：將閥瓣放在研磨臺上進行研磨。進行研磨工作時應選擇整盤進行研磨，因為行星輪研磨盤針對點進行研磨無法對瓢曲的面進行修復，而整盤是面對面研磨，可以有效地對瓢曲面進行修復。修復完成，并經(jīng)刀口尺、藍油試驗檢測合格后回裝，打壓顯示泄漏率合格。

1.2.5 螺栓斷裂、止動墊片未敲擊故障

某電廠1 號機組對1RRI020VN 閥門解體后，發(fā)現(xiàn)該閥門的連接螺栓斷裂，兩塊閥瓣處于自由狀態(tài)。分析螺栓斷裂的主要原因：①對螺母施加的力矩過大；②螺栓材料不符合強度要求。同時在閥座底部發(fā)現(xiàn)連接螺栓的止動墊片未敲擊，在系統(tǒng)正常運行時螺母可能松動，帶動閥瓣掉落，影響系統(tǒng)的正常運行（圖4）。處理方法：聯(lián)系廠家補供符合要求的螺栓，部件到廠后進行更換回裝。將止動墊片敲擊鎖緊，并檢查其他緊固件。后續(xù)試驗泄漏率正常。

圖4 止動墊片安裝未完成

2 止回閥

2.1 結構特點

止回閥是一種不需要從外部操縱的自動閥，其運行受流體的流動方向及速度控制，在規(guī)定方向上保持閉合狀態(tài)。止回閥一般適用清潔介質，不宜用于含有固體顆粒和黏度較大的介質。止回閥按結構可分為旋啟式、升降式、蝶式三種，C 類試驗涉及的止回閥為前兩種。旋啟式止回閥的閥殼體內有一個垂直于管道軸又略傾斜的座。一個平盤形閥瓣頂靠在座上，并按流體流動方向繞連接軸擺動。閥瓣的轉動軸位于閥瓣重心的上方。流體正向流動時，其推力作用在閥瓣上，使其保持向上打開的狀態(tài)，處于開啟位置；流體反向流動時，閥瓣落下，在反向推力作用下，閥瓣貼合在閥座上，閥門關閉。升降式止回閥有臥式和立式兩種型式，這兩種升降式止回閥的閉合都是自動的。當正常工況流體正向流動時，流體壓力將閥瓣推開，處于開閥狀態(tài)；當流體反向時，閥瓣（閥堵）利用自身重量和介質對閥瓣的壓緊力落下，貼合在支承座面上，閥門關閉。

2.2 故障分析及處理措施

2.2.1 導向槽間隙過大故障

如果貫穿件升降式止回閥閥體與閥瓣導向配合間隙量過大，將導致閥門密封不合格。原因分析：①閥瓣與閥體的配合間隙為0.3～1 mm，導向間隙過大，閥瓣倒向閥體腔一側，造成密封副吻合不好，導致泄漏；②原閥瓣單獨與胎具研磨，閥體密封面單獨工裝研磨，部分為對研形式，總體吻合度不高，造成重復氣密試驗性能較差引起泄漏。處理方案：對于導向處間隙量為0.2～0.4 mm 的閥門，重新研磨密封面；對于導向處間隙量大于0.4 mm 的閥門，需要重新配做閥瓣再研磨。閥門返廠維修后，閥門打壓泄漏率正常。

2.2.2 閥瓣密封帶有裂紋故障

對泄漏率不合格的止回閥進行解體檢查。發(fā)現(xiàn)升降式止回閥以及旋啟式止回閥閥瓣的密封帶處有裂紋。此裂紋可能是出廠時就已存在而未發(fā)現(xiàn)的質量缺陷。由于現(xiàn)場無法對其進行修復，只能返廠處理，后續(xù)回裝重新打壓泄漏率合格。

2.2.3 搖臂與閥瓣止轉槽間隙不匹配故障

對泄漏率不合格的旋啟式止回閥進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥瓣與搖臂的相對位置不正確，搖臂上的定位塊沒有在止轉槽內（圖5）。原因分析：旋啟式止回閥搖臂上的定位塊插入閥瓣止轉槽的長度不夠，閥瓣關閉過程中，搖臂上的定位塊可能從閥瓣上的止轉槽中脫出，閥瓣旋轉導致?lián)u臂頂著閥瓣，使閥瓣的角度無法與閥座相匹配，造成閥門無法關嚴，閥門內漏。處理方法：①對搖臂進行返廠處理，加長搖臂上的定位止轉塊；②調整搖臂的金屬墊片厚度，使閥瓣延管線方向的活動量變小。

圖5 旋啟式止回閥

2.2.4 閥座傷痕故障

某電廠2 號機組打壓時發(fā)現(xiàn)2RIS070/071/069/080VP 等止回閥泄漏率不合格。解體檢查發(fā)現(xiàn)閥座上有圓形傷痕。對閥座進行研磨后重新回裝、打壓，仍然有圓形傷痕，懷疑閥門回裝工藝存在問題。經(jīng)分析，閥瓣上端與閥座的密封面中間先接觸，然后受介質推力，閥瓣向上調整至完全關閉狀態(tài)，但是閥門在最初關閉時使閥座受到損傷。調節(jié)搖臂后面的墊片厚度，減小閥瓣活動量。當墊片厚度合適時，需要增加搖座底部增加高度，搖臂會整體往上運動，使閥瓣隨之運動，即可保證不會出現(xiàn)傷痕。

3 結束語

某電廠1、2 號機組安全殼C 類試驗各需3 個月，確保了每個試驗閥門的密封性，保證了安全殼整體試驗的順利進行。C 類試驗閥門泄漏率不合格的絕大部分原因在于閥門密封面的故障和問題。相關工作人員需要對設備原理、結構有充分的理解，才能準確判斷引起密封面缺陷的根本原因。