【摘要】結合自密封閥門的工作原理分析了坡形環泄漏的原因,并提出了升級坡形環材質,加強閥門使用后的熱復緊工作以及提高閥門裝配精度等改進措施,確保了此類閥門在運行中的可靠度。

　　一、前言

　　熱電站主蒸汽系統、給水系統和減溫減壓器、高壓加熱器等管道閥門均屬于高溫高壓閥門,最高工作溫度540℃(蒸汽系統),最高工作壓力16115MPa(給水系統),在實際運行中不但可靠性要求高,還需經得起長期沖蝕,因此,密封性要好,不能泄漏。電站閥門的跑、冒、滴、漏,不但會影響鍋爐和機組的效率,更重要的是會危及人身和設備的安全。自密封閥門的大量使用基本上解決了上述難題,但在正常運行過程中也不斷發生自密封閥門坡形環泄漏的情況。

　　二、坡形環泄漏原因分析

　　1.自密封原理

　　普通閥門的閥體與大蓋采取法蘭連接方式,閥內介質作用力的方向與螺栓的預緊力方向相反,介質壓力越大密封性能越差,越容易泄漏。而自密封閥門是借助于介質本身的壓力來達到密封目的的,壓力越高,密封越嚴。其密封結構如圖1所示,基本工作原理為:閥蓋被沉放在閥體內,閥蓋的底座上依次放置坡形自密封環(以下簡稱坡形環)、壓圈和四合環,坡形環與底座以斜面形式接觸。頂蓋螺栓的作用是向上頂起頂蓋、并通過對開環把閥蓋拉起,使坡形環受到斜向擠壓力,從而與閥體密封面之間形成牢靠密封。當閥門內部受到介質壓力作用時,這一壓力由于與螺栓預緊力方向相同,使坡形環受到更大的擠壓力,因而產生更牢靠的密封作用,內部介質壓力越大,擠壓力也越大,閥蓋密封也越嚴密，因此成為自密封。

1.坡形環 2.壓圈 3.四合環 4.閥體 5.頂蓋 6.頂蓋螺栓 7.對開環 8.壓蓋 9.閥蓋 10.閥桿
圖1 自密封閥門密封結構示意圖

　　2.自密封失效原因

　　(1)坡形環的結構及材質選擇不合理坡形環在閥門的密封中起著至關重要的作用,既要求強度高,又要耐高溫,還要具備一定的柔韌性,其結構和材質的好壞直接影響著閥門的密封性能。較早的閥門大多采用“高壓石棉布鋼絲”進行復合模壓而制成的坡形環,回彈力差,密封性能不好,使用壽命較短。

　　(2)頂蓋預緊螺栓壓力補償能力差自密封閥門安裝使用后,在強大的介質壓力作用下,坡形環得到進一步的壓縮,由于頂蓋預緊螺栓的溫度與壓力補償能力較差,最初的預緊力被釋放而導致頂蓋螺栓出現松動,此時,介質壓力一旦降低或大幅波動,閥蓋就不能被固定在頂蓋上,會造成坡形環壓不緊而出現泄漏。

　　(3)閥體密封面受損傷由于高溫高壓介質的長期作用,金屬型坡形環往往會與閥體、閥蓋的底座抱死在一起,拆卸時容易拉傷密封面,檢修中若不加以處理,再投入使用時便容易引起泄漏。此外,在裝置開停工或者操作壓力大幅波動時,隨著閥門內部介質壓力高低變化,閥蓋帶動坡形環會發生一定位移,在高壓介質長時間的沖蝕下,容易造成坡形環所在的閥體密封面損傷而導致泄漏。

　　三、改進措施

　　1.坡形環材質升級

　　目前已基本淘汰石棉坡形環,而普遍采用新型的柔性石墨材料。它是由天然石墨經過特殊化學處理、熱處理加工而成的,具有良好的耐腐蝕性,可耐高溫、高壓,并具有一定的回彈性,能夠補償應力松弛,其壓縮率可達20%,回彈率達40%,可以在-20～550℃環境中穩定使用,密封效果較佳。石墨坡形環根據介質壓力不同選用不同的結構形式:

　　工作壓力小于PN10的,材料選用純石墨。

　　工作壓力為PN10～PN15的,材料選用石墨 鎳絲(或鎳箔)。

　　工作壓力為PN15～PN25的,材料選用石墨 鎳箔 0Cr13(外包)。

　　高溫高壓(PN15以上)閥門使用的石墨坡形環其端面部位可包覆0Cr13保護層,以抵抗介質的沖擊,從而可保證一個大修周期內不出故障。若采用金屬型坡形環效果更佳,例如:采用含碳量較低的軟鋼材質(如10鋼),其硬度為95～105HB,此類坡形環具有較好的塑性,表面經鍍銀處理后不但防銹,而且可以提高其密封性能。金屬坡形環使用壽命高于石墨坡形環,一般可使用兩個大修周期以上。但如果閥體密封面及閥蓋底座表面出現拉傷而無法修復時,繼續使用金屬坡形環將很難保證其密封性,反而不如使用石墨鎳箔 0Cr13結構的坡形環。

　　2.高度重視閥門使用后的熱復緊工作

　　通過對使用后閥門的頂蓋螺栓進行熱復緊的方式可有效防止螺栓松動而導致的坡形環泄漏。此時,螺栓的絲桿長度要保持一定的余量,其一方面要取決于坡形環的最大壓縮量,另一方面也受限于其他部件位置的制約,一般在冷態情況下以預緊后留有5～6mm絲桿長度為宜。閥門安裝使用后,及時對其進行至少一次熱復緊,可以增強坡形環的密封效果。此外,還可以考慮配套使用合適的碟簧墊片,使其以貯存能量的方式作為活載荷,并隨時轉化為壓緊螺栓所需要的基本壓縮載荷,一定程度上可以起到補償溫度與壓力波動而引起的螺栓載荷變化,防止螺栓松弛而引起泄漏。

　　3.提高閥門檢修時的裝配精度

　　自密封閥門結構復雜,各零部件布置緊湊,尺寸大小相得益彰。拆卸時務必耐心仔細,安裝時更應重視裝配精度,如果不注重其質量檢驗工作,即使閥門修復后試壓合格,也是暫時的,使用也不會太久。因此,必須確保表面粗糙度、形狀位置公差、密封面吻合度等符合閥門技術條件要求。一旦密封面受損嚴重,則需要進行車削加工并堆焊高強度硬質合金,并反復進行熱處理及探傷檢查,技術復雜,修復難度大,一般情況下應送廠家維修。

　四、結論及建議

　　經過對坡形環進行材質升級,并配合閥門安裝投用后的熱復緊,自密封閥門在使用中表現出了良好的密封性能。

　　正常生產過程中,自密封高溫高壓閥門的坡形環若出現輕微泄漏,必須立即對頂蓋螺栓進行緊固,一旦泄漏擴大,則在線無法處理,只能采取將壓蓋與閥體環向焊死辦法。需要強調的是,焊接部位屬于閥門的關鍵部位,焊接工藝的選擇直接影響到閥門的安全使用,一般情況下需采取措施進行焊前預熱和焊后熱處理,以消除焊接殘余應力,減少焊后出現開裂的幾率。

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