【摘 要】通過分析某調節閥盤根頻繁發生泄漏原因,發現閥門在開閉活動中發生變化,閥門內部工質的溫度和壓力交變,再加上整體系統的振動,常會導致螺栓松動,預緊力流失,從而使得填料的密封比壓減小,超出填料自身回彈補償的范圍,使填料密封發生失效泄漏。立足現有設備,通過對頻繁發生泄漏的閥門盤根緊固方式進行優化,有效地減少了閥門盤根處外漏概率。
【關鍵詞】盤根;泄漏;原因;改造
1 調節閥泄漏概況
電站鍋爐系統中,閥門泄漏引起的設備異常占較大比例,其中閥門因盤根失效而引起外漏導致的現場安全風險尤為突出。探討高溫閥門盤根的密封原理和優化維護檢修方式,使工質外漏的幾率下降到至低限度,對于高溫高壓閥門運行維護有重要意義。
本文選取兩臺爐的過熱器減溫水調節閥(合計同型8臺)運行情況進行分析。根據專業對過熱器減溫水調節閥泄漏情況的統計,2013年上半年8臺閥門泄漏了6次,且泄漏部位較為集中,均發生在盤根處。表1為近年來過熱器減溫水調節閥泄漏情況統計。
表1 減溫水調節閥泄漏統計
某公司鍋爐減溫水調節閥選用的是Copes-Vulcan公司的SD系列惡劣工況調節閥,采用非平衡單閥座閥窗節流型閥芯。該型閥門是上海鍋爐廠600 MW超臨界機組減溫水系統推薦閥門。自投運以來,閥門各性能指標較好,特別是配合ABB控制器,減溫水調節閥對蒸汽溫度調節優異(遠小于±4 ℃行業要求)。但隨著運行時間的增加,頻繁動作的高溫高壓閥門開始出現盤根處外漏情況,給機組的安全穩定運行帶來了較大隱患。為保證設備正常運行,現場人員需要定期檢查箍緊盤根,并嘗試更換新盤根,必要時要進行帶壓堵漏。
2 原因分析
閥門系統開閉活動及行程變化、 系統溫度和壓力交變或整體系統的振動,常會導致螺栓松動,預緊力流失,造成對填料的密封比壓減小,超出填料自身回彈補償的范圍,使填料密封失效。下面我們對閥門盤根使用過程做分析:(1)閥門處于關閉狀態,各部件處于冷態,盤根與閥桿貼合;盤根壓蓋在壓蓋螺栓作用下,箍緊盤根,閥門沒有外漏。(2)閥門在控制指令下開啟,熱工質進入閥門內部;伴隨著受熱徑向和軸向膨脹,閥桿向上膨脹,徑向壓縮盤根;盤根壓蓋螺栓受熱作用下,箍緊盤根力矩下降。(3)閥門在控制指令持續作用下,熱工質變流量進入閥門內部;各部件(特別是閥桿、 盤根及壓蓋螺栓)溫度持續變化,部件體積持續膨脹收縮;盤根老化和磨損導致盤根體積減小,盤根壓蓋螺栓箍緊力矩下降;盤根因為老化不能正常補償兩者之間間隙,盤根與閥桿不能完全貼合。 (4)閥門如不能及時對盤根壓蓋螺栓處回復箍緊力矩,盤根處可能出現向外泄漏。
閥門不斷開關及開度變化調節,閥門盤根磨損老化,盤根壓蓋螺栓作用于盤根上的力矩也不斷變化,盤根作用于閥桿上的間隙補償能力惡化,閥門極易出現向外泄漏。
閥門填料盤根密封結構如圖1所示,我公司在鍋爐減溫水調節閥閥芯組件不變且控制要求不變的條件下,影響現場盤根壽命的主要方式為:( 1)減少閥門投退次數,降低閥桿動作頻率。但由于機組負荷頻繁波動,要求有較好的蒸汽品質,減溫水量不斷變化,閥門只能頻繁動作調節。 ( 2)控制盤根資料,選擇較好的盤根。現已積極進行該項工作,但經詢問各盤根廠家,該處均只有概念描述,無明顯數據表述,只能盡量選用國產名牌產品。 ( 3)改善閥桿在填料處的表面光潔度。現場已經進行了該項工作,閥桿該處都是進行細研,接近鏡面,遠超出原廠要求,但效果無明顯改善。 ( 4)盤根安裝嚴格執行質量控制文件要求。 ( 5)保持盤根預緊力不變。部件母材主要為CF8M,壓蓋螺栓主要為A193材料,上述兩種材料都為不銹鋼類,溫度變化更易膨脹收縮。
通過上述分析不難看出,在現有閥門的條件下,閥門盤根壓蓋螺栓上加裝彈簧(圖2)用來補償螺栓的變化,是比較有效的控制和減少閥門盤根處發生泄漏的一種方式。
3 改造實施
該廠減溫水調節門螺栓應力要求為35000PSI,根據相應的對應表,閥門需要緊固力矩為( 55±5) N·m,即我們按照國標選擇滿足力矩( 55±5) N·m的蝶形彈簧即可。
我廠立足現有設備,如對閥門盤根進行改進,每臺閥門需要更換:
( 1)兩套蝶形彈簧組件[需要滿足力矩( 55±5) N·m]。
( 2)兩條雙頭全螺紋螺栓(比原有螺栓大約長40 mm左右,
牙口完全一致,應力大于35000PSI)。 同時考慮到閥門該處原螺栓材質為A193,實際使用中螺栓出現過斷裂,且該處雨水要多,運行溫度較高,經過充分評估對比,為保證現場安全,螺栓需要提高強度,建議提高材質等級,如采用Inconel 718或更優異的Inconel X-750,工藝:固溶+硬化處理。
經分析,上述改進方案能夠有效改善閥門盤根處運行效果,2013年度#4機組大修時開始嘗試對#4鍋爐過熱器左側減溫水調節閥進行盤根安裝改造。#4鍋爐過熱器左側減溫水調節閥經過改造使用情況良好,按照正常維護檢修,運行中未見閥門外漏情況,改造效果良好。
4 結語
自2013年底對#4鍋爐過熱器左側減溫水調節閥進行盤根安裝改造,經過兩個小修期觀察跟蹤,閥門運行未見異常,改造效果良好。改造后閥門現場點檢維護頻次明顯下降,減輕了現場工作人員工作壓力。因此計劃近期完成剩余減溫水調節閥的改造,并擴大改造實驗范圍,計劃將頻繁投退的吹灰器也進行類似填料安裝改造。
[參考文獻]
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