火電廠高壓閥門泄漏故障案例分析

向金金

（廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東潮州 515723）

0 引言

火力發(fā)電廠高壓閥門能夠控制電廠管道系統(tǒng)中的介質(zhì)流通、阻斷以及調(diào)節(jié)流量，有的閥門還可以起到保護(hù)管道、壓力容器的作用。高壓閥門的泄漏位置往往會(huì)出現(xiàn)在閥桿填料、閥門法蘭結(jié)合密封面、閥蓋以及閥體的連接區(qū)域，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)在閥體上。一旦閥門出現(xiàn)長(zhǎng)期的泄漏，不僅會(huì)造成閥門本身進(jìn)一步的損壞，還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行工況不穩(wěn)定，造成流體介質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重的能量損耗。如果是主再熱蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等關(guān)鍵區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的泄漏，還會(huì)造成電廠發(fā)生非計(jì)劃停機(jī)事故，導(dǎo)致發(fā)電成本上升。如果是高溫高壓蒸汽或有毒氣體泄漏，甚至?xí){到電廠職工的生命安全。本文選取了某電廠的兩起典型高壓閥門泄漏故障案例，從閥門結(jié)構(gòu)上分析泄漏產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 填料選擇不當(dāng)及壓緊力矩不足導(dǎo)致高壓調(diào)閥填料壓蓋處泄漏

1.1 故障發(fā)生的過(guò)程及處理經(jīng)過(guò)

某電廠1#機(jī)組過(guò)熱器A 側(cè)一級(jí)減溫水管路上依次布置有一級(jí)減溫水調(diào)門前電動(dòng)門，減溫水調(diào)門、減溫水調(diào)門后手動(dòng)門。2019 年12 月20 日，過(guò)熱器A 側(cè)一級(jí)減溫水調(diào)門盤根處大量呲水（圖1）。關(guān)閉過(guò)熱器A 側(cè)一級(jí)減溫水調(diào)門前電動(dòng)門及減溫水調(diào)門后手動(dòng)門，系統(tǒng)無(wú)法隔絕，調(diào)門仍不斷漏水。

故障處理經(jīng)過(guò)：12 月20 日9：00，密封人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1#爐A 側(cè)過(guò)熱器一級(jí)減溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)門盤根漏水進(jìn)行處理，注膠至漏水現(xiàn)象消失后。因汽溫調(diào)整需要，將閥門手動(dòng)開至20%后繼續(xù)注膠密封，并將閥桿與填料壓蓋焊接固定，保證該調(diào)門長(zhǎng)期維持在20%開度，待機(jī)組檢修時(shí)再做徹底處理。

1.2 泄漏產(chǎn)生的原因

經(jīng)調(diào)查，2019 年11 月，1#機(jī)組檢修時(shí)，在回裝閥門填料的過(guò)程中，檢修人員在緊固填料壓蓋兩側(cè)螺栓時(shí)稍微有些吃力，便用以往的經(jīng)驗(yàn)判斷其已滿足要求。填料壓蓋不緊、偏斜，造成閥桿與填料接觸不好、間隙偏大，機(jī)組啟動(dòng)后填料遭受持續(xù)的沖刷導(dǎo)致泄漏，是發(fā)生閥門盤根漏氣的直接原因。盤根材料、尺寸與現(xiàn)場(chǎng)不匹配，在高壓介質(zhì)的作用下填料密封性能下降，閥門盤根產(chǎn)生漏汽可能是本次異常發(fā)生的原因。

1.3 預(yù)防措施

為防止類似事件再發(fā)生，規(guī)范檢修作業(yè)程序及備品配件檢驗(yàn)程序，從閥門填料的密封機(jī)理和檢修過(guò)程控制入手，制定出閥門檢修填料更換的要求及注意事項(xiàng)。

（1）檢修和更換填料時(shí)閥門填料應(yīng)全套更換，不允許只更換個(gè)別層填料。

（2）用盤根取出器掏出填料函內(nèi)舊填料時(shí)，要注意盤根取出器不能刮傷閥桿和填料函表面，并做好填料函內(nèi)部的清理工作。

（3）如果檢修項(xiàng)目需要更換閥門的填料，需要同步檢查閥桿與填料接觸的表面，不能出現(xiàn)表面有拉痕、麻坑、脫皮或腐蝕等現(xiàn)象，必要時(shí)還需檢查填料函的內(nèi)壁光滑程度。

（4）閥桿的彎曲程度需要控制在0.20 mm 以內(nèi)。

（5）新填料需要保持完整，不能出現(xiàn)損壞、變色、松弛等狀況（預(yù)壓過(guò)的填料）。采用新填料時(shí)，應(yīng)當(dāng)提前在閥桿和填料函中安裝一次，檢查相對(duì)應(yīng)的填料外形以及規(guī)格尺寸符合要求。填料內(nèi)徑要求：①檢查編織填料內(nèi)徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內(nèi)徑之差（＜0.5 mm）；②膨脹石墨填料內(nèi)徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內(nèi)徑之差（＜0.20 mm）。

（6）工作人員應(yīng)對(duì)新填料備件以及所拆下的舊填料條數(shù)、材料進(jìn)行確認(rèn)，確保數(shù)量、材料相同，否則應(yīng)當(dāng)查明原因。

（7）對(duì)于高壓閥門，盡可能使用成型的填料、不用切口型。

（8）填料組件裝入填料函中時(shí)應(yīng)一層一層地裝入，并保證每層都裝到底，可以使用填料壓蓋來(lái)壓填料達(dá)到此目的，禁止采取把填料組裝入整體下壓的行為。

（9）填料環(huán)在填料函中的有效高度為閥桿直徑+15 mm，密封壓環(huán)插入填料函深度一般為5 mm。

（10）壓緊填料應(yīng)采用力矩板手，緊固時(shí)對(duì)稱對(duì)螺栓進(jìn)行緊固，緊固過(guò)程中隨時(shí)觀察填料壓蓋的平行度防止緊偏，分段施力，最后達(dá)到規(guī)定力矩。力矩應(yīng)按照?qǐng)D紙或者廠家提供有填料壓緊力矩執(zhí)行。

（11）更換填料后，閥門需要進(jìn)行手動(dòng)（氣動(dòng)或電動(dòng)）試驗(yàn)，檢查填料是否過(guò)緊，有無(wú)異響或抖動(dòng)等現(xiàn)象。

圖1 減溫水調(diào)門泄漏位置

2 VOLK（沃克）壓力自密封閘閥閥體與支架結(jié)合面泄漏

由于進(jìn)口閥門在設(shè)備可靠性、檢修維護(hù)量上具有一定優(yōu)勢(shì)，因此在火力發(fā)電機(jī)組尤其是超臨界機(jī)組上廣泛應(yīng)用，進(jìn)口閥門品牌包括VOLK、CROSBY、Fisher 等。在進(jìn)口閥門廠家提供的資料不足的情況下，如果有進(jìn)口閥門外漏，需從閥門結(jié)構(gòu)上入手，分析解決方案。

2.1 故障發(fā)生的過(guò)程及處理經(jīng)過(guò)

某電廠3#爐爐水循環(huán)泵過(guò)冷水管路調(diào)節(jié)閥為VOLK 壓力自密封鑄鋼閘閥，壓力等級(jí)為CLASS 2500，閥體材料為A216-WCB。該閥門從2018 年起發(fā)生外漏，外漏位置及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

因未找到閥門外漏的根本原因，3 次停機(jī)對(duì)閥門解體檢修都是更換圖2 中的密封圈，但是均在機(jī)組啟動(dòng)一段時(shí)間后便會(huì)再次發(fā)生泄漏。機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程中需對(duì)該閥門進(jìn)行操作且機(jī)組運(yùn)行期間無(wú)法隔離，該閥門處高溫高壓（壓力與鍋爐工作壓力一致，鍋爐運(yùn)行時(shí)該閥正常狀態(tài)為常開），存在人員燙傷、高處墜落等風(fēng)險(xiǎn)，分析閥門外漏的根本原因并解決變得迫在眉睫。

圖2 閥門閥體支架結(jié)合面泄漏示意

2.2 泄漏產(chǎn)生的原因分析

該閥門為自密封閥，其工作原理是：自密封楔式閘閥在閥桿密封處采用填料外密封與內(nèi)壓自密封相結(jié)合的密封結(jié)構(gòu)，可以確保介質(zhì)不泄漏；閥桿外密封采用聚四氟乙烯或O 形圈填料，用填料壓蓋壓緊；內(nèi)壓自密封結(jié)構(gòu)在介質(zhì)的作用下產(chǎn)生向上壓力，介質(zhì)壓力越大，密封力越大。該種結(jié)構(gòu)適用于高壓介質(zhì)。

2019 年7 月機(jī)組臨停檢修時(shí)，閥門解體后通過(guò)與閥門結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行一一比對(duì)，發(fā)現(xiàn)閥門中沒有圖2 中的墊圈且密封圈由設(shè)計(jì)時(shí)的不銹鋼圈已在以前的檢修中被更換為石墨圈。依據(jù)自密封閥門的工作原理，VOLK 壓力自密封鑄鋼閘閥的內(nèi)壓自密封結(jié)構(gòu)由支架、墊圈、密封圈組成。如果墊圈丟失、漏裝，則閥門支架與密封圈之間就會(huì)存有一定間隙，當(dāng)系統(tǒng)壓力上升以后，密封圈向上移動(dòng)但與支架無(wú)法形成內(nèi)自密封。在本案例中密封圈材質(zhì)還被變更為石墨，系統(tǒng)升壓后向上移動(dòng)過(guò)程中易被擠碎，與閥門在前三次檢修中只更換了閥門密封圈，機(jī)組啟動(dòng)一段時(shí)間后便會(huì)再次發(fā)生泄漏的實(shí)際相符合。

處理方案：在密封圈上涂抹紅丹、將支架裝入，支架與密封圈接觸面未能接觸到紅丹，進(jìn)一步驗(yàn)證了閥門支架與密封圈之間存有一定的間隙，需加裝墊圈；結(jié)合該閥由于上部螺紋銹蝕導(dǎo)致支架與自密封間隙進(jìn)一步變大等原因，測(cè)量出支架能夠擰入的距離a，支架要與密封圈接觸應(yīng)擰入的距離b，則需加工的墊圈厚度h=b-a。按照計(jì)算出來(lái)的墊圈厚度，在密封圈與支架之間增加上加工回來(lái)的墊圈，起到減小間隙防止密封圈跑位或擠壓變形的作用。新加工墊圈回裝后，機(jī)組啟動(dòng)，閥門外漏缺陷徹底消除。

2.3 預(yù)防措施

針對(duì)壓力自密封閘閥閥體與支架結(jié)合面泄漏，不應(yīng)根據(jù)以往檢修經(jīng)驗(yàn)武斷為自密封圈質(zhì)量不行、安裝不到位等，應(yīng)從自密封原理出發(fā)，在檢修中采取相應(yīng)的檢查手段及預(yù)防措施。自密封閘閥泄漏可能是由下列原因中的一種引起的：①閥芯和自密封圈內(nèi)部的密封可能出現(xiàn)隱患，如存有異物卡澀、密封面遭受介質(zhì)的腐蝕和沖刷等；②閥蓋和墊片之間的密封可能出現(xiàn)隱患，包括由于腐蝕和沖刷所造成的閥體壁外部存在缺陷、閥蓋的失圓或者密封表面的金屬受損，如表面裂縫、傷口或金屬的不均勻性等。

因此，閥門回裝過(guò)程中，應(yīng)該使用力矩扳手預(yù)緊緊閥蓋的雙頭螺栓，在現(xiàn)場(chǎng)推薦如下步驟：

（1）檢修期間將閥蓋螺栓冷緊到位，機(jī)組啟動(dòng)帶負(fù)荷后把閥蓋螺栓再熱緊一次防止泄漏。

（2）螺栓緊固前應(yīng)涂抹抗咬合脂進(jìn)行潤(rùn)滑，保證螺栓緊到位。如果自密封閥門在運(yùn)行中發(fā)生泄漏，可以先緊固閥蓋螺栓（圖2）來(lái)提高閥門自密封性能。如果緊固無(wú)效，則需隔離系統(tǒng)進(jìn)行解體維修，對(duì)于自密封閥門，每次檢修都必須更換自密封圈。需要注意的是，自密封圈是由較軟的鎳合金鋼作為主要合成材料的，工作人員檢修時(shí)應(yīng)小心操作，防止自密封圈損壞。

3 結(jié)束語(yǔ)

火電廠在運(yùn)行過(guò)程中，高壓閥門的泄漏以盤根、自密封圈、閥體和密封面發(fā)生泄漏為主，而且大多數(shù)重要的閥門在運(yùn)行中還無(wú)法進(jìn)行隔離檢修，這直接影響到機(jī)組運(yùn)行及人身安全，因此必須要重視高壓閥門的檢修。

閥門檢修期間，應(yīng)當(dāng)依照閥門的種類采取相應(yīng)的解體檢修措施，嚴(yán)格執(zhí)行驗(yàn)收簽證手續(xù)，對(duì)于多次泄漏的閥門應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性的研究，尤其是進(jìn)口閥門，要結(jié)合設(shè)備圖紙進(jìn)行分析，利用有效的方式予以維修。同時(shí)，相關(guān)工作人員要提高對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的熟悉程度，保證檢修效率和質(zhì)量。只有各個(gè)系統(tǒng)的閥門穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，才能確保機(jī)組的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。