文档介绍：阀门填料的密封机理和检修过程控制
作者:马健大亚湾核电站
摘
要:以大亚湾核电站现场检修为基点,介绍了阀门填料密封的机理及其相关部件的加工和配合,给出了核电站对核级阀门填料装配的相关要求和注意事项。
关键字:核工业用阀密封机理填料
1 概述
在线运行的工业设备所出现的故障或缺陷中,因填料失效而引起回路内介质外漏的事件占有很高的比例。核电站由于存在放射性物质外泄的风险,则对介质的外泄有着“零泄漏”的严格要求。探讨填料的密封机理和选择严格的检修控制,使介质外漏的几率下降到最低限度,对于在线运行中无法隔离检修的设备有重要意义。推广这些手段,使工业设备的安全水平提高一个新台阶。
2 填料的密封机理
填料(PACKING)常用于阀门有转(滑)动部位的外密封,防止流动介质从相对运动部位向外界泄漏。在大亚湾核电站核阀所用的填料基本上是膨胀石墨填料和石墨(或石棉)编织填料。膨胀石墨填料的润滑性和膨胀性好,但缺点是易碎,一般安装在填料函的中间部位。石墨编织填料牢固性好,抗挤压,一般安装在填料函的上/下层面。其作用是固定膨胀石墨填料,保护其完整无损和防止磨下的石墨粉掉入回路。
图1是填料安装的结构图,其右侧曲线给出了填料函内各层填料对填料压盖螺母施加的压紧力的承力分布情况。很明显6层填料只有最上1~3层在真正起着抵制介质外漏的作用。密封环承接填料压紧力传给第1道填料依次传给第2/3…道,第1道填料受力后产生轴向变形而向阀杆和填料函内壁上挤,直至达到变形极限,消耗了一部分填料压紧力。剩下的力传给第2道填料,同时由于填料有效长度缩短过程产生的填料内壁面与阀杆/填料外表面与填料函的内壁的摩擦力,也消耗一部分填料压紧力。按此机理,越往下层填料的受力越少,变形越小,也就是密封性越差。然而在回路中带有工作压力的介质顺着填料函内壁挤压使其变形,很容易地就可以突破下端几道填料的密封防线。因此真正能阻止带压介质的只有最上面二三道填料,而这几道的密封效果取决于填料的选材/结构尺寸/阀杆和函内壁的光洁度和足够的填料压紧力。
3 填料的预压紧力
为了延长填料的使用寿命,提高营运机组的安全性,目前大亚湾核电站核阀使用的是经过一定预紧压力压过的填料。经过预压后,填料密度增大,抵御受压变形的能力增加了,内部保留的预紧力能补偿机组运行其间填料被磨损而失去的填料压力。
填料的预压过程一般由生产厂家在安装前完成,在仓库放置久了,填料侧面就会出现表明预压力松弛的纹路,核阀填料闲置1年以上都要求重新预压紧。其方法是利用模具(图2),选定压力进行预压操作。
预压力P为
P = 3PnS
式中Pn——阀门的工作压力(当Pn<10 MPa时,取10 MPa,Pn>50
MPa时,取50 MPa), MPa
S ——填料的承力面积,m2
S=п(R2 - r2)
4 相关部件的设计基本要求
通过图3的填料组件,给出了设计和安装要求。
(1)填料法兰应有足够的刚度,受力后应无变形。
(2)在紧定填料力矩时要经常检查其平行度并预留出下次进行紧固填料的空间。
(3)凸节设计防止密封压环掉入填料函中,且方便取出。
(4)过渡导角设计可防止填料环装入时被刮伤。
(5)密封压环与填料函之间要有少量的间隙,使导入的密封盖不被咬死。
(6)保证填料函内壁光洁度, 防止承压后渗漏。