Crane固定球阀内漏原因分析与处理

1Crane固定球阀的结构特点

Crane固定球阀的主要结构包括阀体、阀杆、轴套、阀球、阀座和阀座密封圈等部件,如图1所示。其结构特点有:

(1)流体阻力小:球阀在各类阀门中流体阻力最小。

(2)密封性能良好:阀门关闭后密封面密封力由碟簧及介质压力共同提供。

(3)耐老化、使用寿命长:Crane固定球阀为金属对金属的硬密封,耐老化、耐辐照性能好。

图1Crane固定球阀结构简图

2Crane固定球阀内漏原因分析

Crane固定球阀内漏是三门核电十大缺陷之一,在1号机组冷试、热试、功率运行期间,内漏缺陷频繁出现,一般采用修理或更换备件的方式消缺,但备件价格较高,且有时备件更换后坚持约10天依然会再次发生内漏,严重影响CVs(化学和容积控制系统)系统的正常运行。Crane固定球阀内漏主要有球面密封和阀座密封两方面原因。

2.1球密封面泄漏

Crane固定球阀密封面密封力由位于阀座密封圈后的碟簧与介质压力共同提供,碟簧施加预紧接触密封力,介质压力提供剩余阀门必须密封力。密封面的密封性能取决于密封面上的密封比压,为避免固定球阀频繁启闭过程中出现严重的摩擦磨损,密封面的密封比压必须尽量小,但又要保证足够密封,因此阀门的密封比压必须满足如下条件:

式中,gb为保证密封必须的比压(MPa):g为实际比压(MPa):[g]为密封面材料的许用比压(MPa)。

影响密封面密封比压的因素很多,通常有三点:

2.1.1异物导致密封面卡涩或划伤

Crane固定球阀为金属对金属硬密封,对异物非常敏感,系统中若存在异物则会导致密封面划伤,产生泄漏。在系统热试期间,该类型球阀内漏处理时多次发现系统内存在焊渣、铁屑等颗粒物将球面划伤,有的阀球划痕深达0.5mm,不得不更换

新备件。

2.1.2介质压力不足

由前述可知,碟簧提供的只是预紧接触密封力,剩余的所需密封力均由介质压力提供。参照Mss-sP-61一2003《钢制阀门压力试验》标准及Crane固定球阀设计参数,其密封性能试验标准为:15.4MPa压力下泄漏率≤20mL/h。根据现场维修后试验结果,Crane固定球阀经维修后在高压状态下无明显泄漏:但低压状态下泄漏量较大,不满足系统正常运行要求,因此,介质压力不足,使得密封面密封比压不满足要求,导致密封面泄漏。

2.1.3轴套适配环安装尺寸不当

根据实际组装情况,Crane固定球阀的上轴套与阀盖之间会选用不同厚度的轴套适配环,来调整阀球密封面与阀座密封面的配合情况,使阀球自动被阀座固定到阀座密封面轴线上。当厚度较大时,阀球球心会偏下:当厚度较小时,阀球无法得到有效的顶部限位。适配环过厚或过薄都会影响阀球与阀座的自动对中落座能力,从而影响密封性能。

2.2阀座密封圈密封处泄漏

Crane固定球阀内漏也可能是从阀座密封圈密封处泄漏。阀座密封圈的作用是防止介质从阀座与阀体的配合间隙处泄漏,将图1中sectionB放大后得出图2阀座组件结构图。

图2阀座组件结构图

阀座密封圈为"V"型铬镍铁合金不锈钢圈,介质从阀座密封圈处泄漏,可能由如下4条原因引起:

2.2.1阀座密封圈损坏

阀座密封圈与阀体配合面为线接触,当阀座密封圈边缘有缺陷或者圆度不足时,均会导致阀座密封圈与阀体配合面处出现泄漏。

2.2.2阀座密封圈卡涩

回装阀门过程中,需要使用专用工具克服碟簧力将阀座及阀座密封面推入阀体内部,并使用专用销钉插入阀体上部定位孔定位阀座。在拔出销钉碟簧回弹过程中,由于阻力瞬间释放,会导致阀座密封圈上部与下部所受碟簧推力不均,阀座密封圈在阀体内部出现卡涩影响准确落位,从而影响密封效果。

2.2.3阀座密封圈发生塑性变形

阀座密封圈所在阀体部分应为一个标准的圆柱面,但是经过现场测量,实际上为一个圆锥面,在阀门拆装过程中,阀座会连同阀座密封圈被专用工具推进阀体内部4mm左右处,阀体内部圆锥面结构可能会使密封圈发生塑性变形,当回装完成密封圈复位后,导致阀座密封圈回弹力不足,影响密封性能。

2.2.4阀体配合面粗糙度不满足要求

阀座密封圈与阀体配合面为线接触,当阀体配合面出现缺陷或者粗糙度不满足要求时,在阀座密封圈与阀体配合面接触处就会存在微小间隙,以致无法形成有效的线密封。由于介质压力提供所需绝大部分的密封力,当阀体配合面粗糙度不够时,介质可能通过间隙泄漏到阀门下游。

3内漏处理

3.1修复损伤密封面

损伤密封面的修复可以视缺陷情况,使用球阀研磨机将阀球与阀座进行对研,消除缺陷。

3.2研磨阀座密封圈与阀体配合面

三门核电l号机组50%小修平台时,发现6台Crane固定球阀再次出现内漏缺陷,经解体检查分析,排除了零部件清理不干净、异物、开关指示不准确、轴套适配环厚度不当、球体/阀座密封面损伤、阀座密封圈变形或缺损等因素,最后着重对阀体配合面粗糙度进行了检查与处理。由于没有专用工具,通过测量阀体内腔最大外径、最小内径及内腔水平距离,计算阀体内腔偏斜锥度角,根据测量数据设计制作专用研磨胎具,通过粗磨、中磨、细磨,最后使用9μm研磨砂纸对配合面进行抛光处理,回装阀门、完成维修后试验合格。

4结论

本文对Crane固定球阀的结构及内漏原因进行了分析,结果表明:

（1）Crane固定球阀内漏是由密封面泄漏或阀座密封圈与阀体配合面处泄漏引起的:

(2)密封面泄漏与异物、介质压力、轴套适配环厚度相关:

(3)阀座密封圈与阀体配合面处泄漏与阀座密封圈的完整性、材质和阀体配合面的粗糙度直接相关:

(4)本文通过对Crane固定球阀内漏原因的分析及提出的阀体配合面粗糙度不足的缺陷处理方法,为后续三门核电Crane固定球阀内漏维修提供了参考。