添加时间：2017-10-18 16:08:16    摘抄：网络

　　【摘要】结合自密封阀门的工作原理分析了坡形环泄漏的原因,并提出了升级坡形环材质,加强阀门使用后的热复紧工作以及提高阀门装配精度等改进措施,确保了此类阀门在运行中的可靠度。

　　一、前言

　　热电站主蒸汽系统、给水系统和减温减压器、高压加热器等管道阀门均属于高温高压阀门,最高工作温度540℃(蒸汽系统),最高工作压力16115MPa(给水系统),在实际运行中不但可靠性要求高,还需经得起长期冲蚀,因此,密封性要好,不能泄漏。电站阀门的跑、冒、滴、漏,不但会影响锅炉和机组的效率,更重要的是会危及人身和设备的安全。自密封阀门的大量使用基本上解决了上述难题,但在正常运行过程中也不断发生自密封阀门坡形环泄漏的情况。

　　二、坡形环泄漏原因分析

　　1.自密封原理

　　普通阀门的阀体与大盖采取法兰连接方式,阀内介质作用力的方向与螺栓的预紧力方向相反,介质压力越大密封性能越差,越容易泄漏。而自密封阀门是借助于介质本身的压力来达到密封目的的,压力越高,密封越严。其密封结构如图1所示,基本工作原理为:阀盖被沉放在阀体内,阀盖的底座上依次放置坡形自密封环(以下简称坡形环)、压圈和四合环,坡形环与底座以斜面形式接触。顶盖螺栓的作用是向上顶起顶盖、并通过对开环把阀盖拉起,使坡形环受到斜向挤压力,从而与阀体密封面之间形成牢靠密封。当阀门内部受到介质压力作用时,这一压力由于与螺栓预紧力方向相同,使坡形环受到更大的挤压力,因而产生更牢靠的密封作用,内部介质压力越大,挤压力也越大,阀盖密封也越严密，因此成为自密封。

1.坡形环 2.压圈 3.四合环 4.阀体 5.顶盖 6.顶盖螺栓 7.对开环 8.压盖 9.阀盖 10.阀杆
图1 自密封阀门密封结构示意图

　　2.自密封失效原因

　　(1)坡形环的结构及材质选择不合理坡形环在阀门的密封中起着至关重要的作用,既要求强度高,又要耐高温,还要具备一定的柔韧性,其结构和材质的好坏直接影响着阀门的密封性能。较早的阀门大多采用“高压石棉布钢丝”进行复合模压而制成的坡形环,回弹力差,密封性能不好,使用寿命较短。

　　(2)顶盖预紧螺栓压力补偿能力差自密封阀门安装使用后,在强大的介质压力作用下,坡形环得到进一步的压缩,由于顶盖预紧螺栓的温度与压力补偿能力较差,最初的预紧力被释放而导致顶盖螺栓出现松动,此时,介质压力一旦降低或大幅波动,阀盖就不能被固定在顶盖上,会造成坡形环压不紧而出现泄漏。

　　(3)阀体密封面受损伤由于高温高压介质的长期作用,金属型坡形环往往会与阀体、阀盖的底座抱死在一起,拆卸时容易拉伤密封面,检修中若不加以处理,再投入使用时便容易引起泄漏。此外,在装置开停工或者操作压力大幅波动时,随着阀门内部介质压力高低变化,阀盖带动坡形环会发生一定位移,在高压介质长时间的冲蚀下,容易造成坡形环所在的阀体密封面损伤而导致泄漏。

　　三、改进措施

　　1.坡形环材质升级

　　目前已基本淘汰石棉坡形环,而普遍采用新型的柔性石墨材料。它是由天然石墨经过特殊化学处理、热处理加工而成的,具有良好的耐腐蚀性,可耐高温、高压,并具有一定的回弹性,能够补偿应力松弛,其压缩率可达20%,回弹率达40%,可以在-20～550℃环境中稳定使用,密封效果较佳。石墨坡形环根据介质压力不同选用不同的结构形式:

　　工作压力小于PN10的,材料选用纯石墨。

　　工作压力为PN10～PN15的,材料选用石墨 镍丝(或镍箔)。

　　工作压力为PN15～PN25的,材料选用石墨 镍箔 0Cr13(外包)。

　　高温高压(PN15以上)阀门使用的石墨坡形环其端面部位可包覆0Cr13保护层,以抵抗介质的冲击,从而可保证一个大修周期内不出故障。若采用金属型坡形环效果更佳,例如:采用含碳量较低的软钢材质(如10钢),其硬度为95～105HB,此类坡形环具有较好的塑性,表面经镀银处理后不但防锈,而且可以提高其密封性能。金属坡形环使用寿命高于石墨坡形环,一般可使用两个大修周期以上。但如果阀体密封面及阀盖底座表面出现拉伤而无法修复时,继续使用金属坡形环将很难保证其密封性,反而不如使用石墨镍箔 0Cr13结构的坡形环。

　　2.高度重视阀门使用后的热复紧工作

　　通过对使用后阀门的顶盖螺栓进行热复紧的方式可有效防止螺栓松动而导致的坡形环泄漏。此时,螺栓的丝杆长度要保持一定的余量,其一方面要取决于坡形环的最大压缩量,另一方面也受限于其他部件位置的制约,一般在冷态情况下以预紧后留有5～6mm丝杆长度为宜。阀门安装使用后,及时对其进行至少一次热复紧,可以增强坡形环的密封效果。此外,还可以考虑配套使用合适的碟簧垫片,使其以贮存能量的方式作为活载荷,并随时转化为压紧螺栓所需要的基本压缩载荷,一定程度上可以起到补偿温度与压力波动而引起的螺栓载荷变化,防止螺栓松弛而引起泄漏。

　　3.提高阀门检修时的装配精度

　　自密封阀门结构复杂,各零部件布置紧凑,尺寸大小相得益彰。拆卸时务必耐心仔细,安装时更应重视装配精度,如果不注重其质量检验工作,即使阀门修复后试压合格,也是暂时的,使用也不会太久。因此,必须确保表面粗糙度、形状位置公差、密封面吻合度等符合阀门技术条件要求。一旦密封面受损严重,则需要进行车削加工并堆焊高强度硬质合金,并反复进行热处理及探伤检查,技术复杂,修复难度大,一般情况下应送厂家维修。

　四、结论及建议

　　经过对坡形环进行材质升级,并配合阀门安装投用后的热复紧,自密封阀门在使用中表现出了良好的密封性能。

　　正常生产过程中,自密封高温高压阀门的坡形环若出现轻微泄漏,必须立即对顶盖螺栓进行紧固,一旦泄漏扩大,则在线无法处理,只能采取将压盖与阀体环向焊死办法。需要强调的是,焊接部位属于阀门的关键部位,焊接工艺的选择直接影响到阀门的安全使用,一般情况下需采取措施进行焊前预热和焊后热处理,以消除焊接残余应力,减少焊后出现开裂的几率。

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