Crane固定球閥內漏原因分析與處理
發布時間：2019-04-25 發布作者：
摘要：介紹了Crane固定球閥的結構及特點，對固定球閥內漏原因進行了全麵、細致的分析。依照每種泄漏原因製定了對應的處理措施，並結合三門核電現場實際情況提出了閥體配合麵粗糙度不足的缺陷處理方法，為以後生產階段Crane固定球閥內漏處理提供了參考。
1Crane固定球閥的結構特點
Crane固定球閥的主要結構包括閥體、閥杆、軸套、閥球、閥座和閥座密封圈等部件，如圖1所示。其結構特點有：
（1）流體阻力小：球閥在各類閥門中流體阻力較小。
（2）密封性能良好：閥門關閉後密封麵密封力由碟簧及介質壓力共同提供。
（3）耐老化、使用壽命長：Crane固定球閥為金屬對金屬的硬密封，耐老化、耐輻照性能好。
2Crane固定球閥內漏原因分析
Crane固定球閥內漏是三門核電十大缺陷之一，在1號機組冷試、熱試、功率運行期間，內漏缺陷頻繁出現，一般采用修理或更換備件的方式消缺，但備件價格較高，且有時備件更換後堅持約10天依然會再次發生內漏，嚴重影響CVS（化學和容積控製係統）係統的正常運行。Crane固定球閥內漏主要有球麵密封和閥座密封兩方麵原因。
2.1球密封麵泄漏
Crane固定球閥密封麵密封力由位於閥座密封圈後的碟簧與介質壓力共同提供，碟簧施加預緊接觸密封力，介質壓力提供剩餘閥門必須密封力。密封麵的密封性能取決於密封麵上的密封比壓，為避免固定球閥頻繁啟閉過程中出現嚴重的摩擦磨損，密封麵的密封比壓必須盡量小，但又要保證足夠密封，因此閥門的密封比壓必須滿足如下條件：
式中，qb為保證密封必須的比壓（MPa）；q為實際比壓（MPa）；[q]為密封麵材料的許用比壓（MPa）。影響密封麵密封比壓的因素很多，通常有三點：
2.1.1異物導致密封麵卡澀或劃傷
Crane固定球閥為金屬對金屬硬密封，對異物非常敏感，係統中若存在異物則會導致密封麵劃傷，產生泄漏。在係統熱試期間，該類型球閥內漏處理時多次發現係統內存在焊渣、鐵屑等顆粒物將球麵劃傷，有的閥球劃痕深達0.5mm，不得不更換新備件。
2.1.2介質壓力不足
由前述可知，碟簧提供的隻是預緊接觸密封力，剩餘的所需密封力均由介質壓力提供。參照MSS-SP-61—2003《鋼製閥門壓力試驗》標準及Crane固定球閥設計參數，其密封性能試驗標準為：15.4MPa壓力下泄漏率≤20mL/h。根據現場維修後試驗結果，Crane固定球閥經維修後在高壓狀態下無明顯泄漏；但低壓狀態下泄漏量較大，不滿足係統正常運行要求，因此，介質壓力不足，使得密封麵密封比壓不滿足要求，導致密封麵泄漏。
2.1.3軸套適配環安裝尺寸不當
根據實際組裝情況，Crane固定球閥的上軸套與閥蓋之間會選用不同厚度的軸套適配環，來調整閥球密封麵與閥座密封麵的配合情況，使閥球自動被閥座固定到閥座密封麵軸線上。當厚度較大時，閥球球心會偏下；當厚度較小時，閥球無法得到有效的頂部限位。適配環過厚或過薄都會影響閥球與閥座的自動對中落座能力，從而影響密封性能。
2.2閥座密封圈密封處泄漏
Crane固定球閥內漏也可能是從閥座密封圈密封處泄漏。閥座密封圈的作用是防止介質從閥座與閥體的配合間隙處泄漏，將圖1中sectionB放大後得出圖2閥座組件結構圖。
閥座密封圈為“V”型鉻鎳鐵合金不鏽鋼圈，介質從閥座密封圈處泄漏，可能由如下4條原因引起：
2.2.1閥座密封圈損壞
閥座密封圈與閥體配合麵為線接觸，當閥座密封圈邊緣有缺陷或者圓度不足時，均會導致閥座密封圈與閥體配合麵處出現泄漏。
2.2.2閥座密封圈卡澀
回裝閥門過程中，需要使用專用工具克服碟簧力將閥座及閥座密封麵推入閥體內部，並使用專用銷釘插入閥體上部定位孔定位閥座。在拔出銷釘碟簧回彈過程中，由於阻力瞬間釋放，會導致閥座密封圈上部與下部所受碟簧推力不均，閥座密封圈在閥體內部出現卡澀影響準確落位，從而影響密封效果。
2.2.3閥座密封圈發生塑性變形
閥座密封圈所在閥體部分應為一個標準的圓柱麵，但是經過現場測量，實際上為一個圓錐麵，在閥門拆裝過程中，閥座會連同閥座密封圈被專用工具推進閥體內部4mm左右處，閥體內部圓錐麵結構可能會使密封圈發生塑性變形，當回裝完成密封圈複位後，導致閥座密封圈回彈力不足，影響密封性能。
2.2.4閥體配合麵粗糙度不滿足要求
閥座密封圈與閥體配合麵為線接觸，當閥體配合麵出現缺陷或者粗糙度不滿足要求時，在閥座密封圈與閥體配合麵接觸處就會存在微小間隙，以致無法形成有效的線密封。由於介質壓力提供所需絕大部分的密封力，當閥體配合麵粗糙度不夠時，介質可能通過間隙泄漏到閥門下遊。
3內漏處理
3.1修複損傷密封麵
損傷密封麵的修複可以視缺陷情況，使用球閥研磨機將閥球與閥座進行對研，消除缺陷。
3.2研磨閥座密封圈與閥體配合麵
三門核電1號機組50%小修平台時，發現6台Crane固定球閥再次出現內漏缺陷，經解體檢查分析，排除了零部件清理不幹淨、異物、開關指示不準確、軸套適配環厚度不當、球體/閥座密封麵損傷、閥座密封圈變形或缺損等因素，較後著重對閥體配合麵粗糙度進行了檢查與處理。由於沒有專用工具，通過測量閥體內腔較大外徑、較小內徑及內腔水平距離，計算閥體內腔偏斜錐度角，根據測量數據設計製作專用研磨胎具，通過粗磨、中磨、細磨，較後使用9μm研磨砂紙對配合麵進行拋光處理，回裝閥門、完成維修後試驗合格。
4結論
本文對Crane固定球閥的結構及內漏原因進行了分析，結果表明：
（1）Crane固定球閥內漏是由密封麵泄漏或閥座密封圈與閥體配合麵處泄漏引起的；
（2）密封麵泄漏與異物、介質壓力、軸套適配環厚度相關；
（3）閥座密封圈與閥體配合麵處泄漏與閥座密封圈的完整性、材質和閥體配合麵的粗糙度直接相關；
（4）本文通過對Crane固定球閥內漏原因的分析及提出的閥體配合麵粗糙度不足的缺陷處理方法，為後續三門核電Crane固定球閥內漏維修提供了參考。
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