球阀下游密封漏水缺陷评估分析

陆一圆

摘要：本次研究中，以某水电厂四台球阀为例，首先分析了球阀设备运行状况，随后针对球阀下游密封存在的漏水缺陷展开问题检查，并做好相应处理措施，最后针对缺陷进行了风险评估，旨在借助研究推进，降低球阀设备运行风險，促进生产效益提升。

关键词：球阀;下游密封;漏水缺陷;风险评估

引言：球阀发明于上世纪中期，随着现代生产工艺以及产品结构水平的优化，其被广泛应用于石油炼制、化工、电力、制药、水利以及钢铁等制造行业中。在应用特征上，其具有耐磨、密封性强、使用寿命长等优势，通常被用作于管路切断以及设备开关、切断阀制造中。但是，此设备在运行中存在一定的密封漏水隐患，对此亟待解决。鉴于此，针对球阀下游密封漏水缺陷进行评估分析具有重要现实意义。

1、设备概况

某水电厂共设有四台球阀，分别是#1、#2、#3、#4，球阀密封分为检修密封和工作密封，其中，检修密封装配在球阀上游侧，也称上游密封;工作密封装配在球阀下游侧，也称下游密封[1]。

每台球阀上下游密封的结构形式基本一致，均由固定环、活动环、中间环及相应的密封圈等组成（如图1所示）。活动环分别与阀体、中间环之间构成密封的投退腔体，通过投退腔的供排水来实现活动环的投入与退出。当活动环投入时，它与固定环紧密接触，达到封闭来水的目的;当活动环退出时，它与固定环间存在间隙，保证阀芯能够转动[2]。两处密封主要作用不一样，检修密封仅在检修时作为安全隔离措施手动投入，而工作密封在机组停机时投入以减小漏水损失[3]。

2、球阀下游密封漏水缺陷检查

2.1球阀下游密封缺陷检查情况

运维期间发现该电厂#4球阀下游密封处有明显的过水声，于是在机组检修期间对#4球阀下游密封开展了检查，发现#4球阀下游密封固定环下部区域有34颗螺栓脱落遗失或明显松动的现象（共100颗），若缺陷进一步恶化、螺栓脱落严重，有固定环松脱、移位、卡住阀芯，造成球阀无法正常开关并造成球阀本体设备损伤的可能。鉴于缺陷发生的同理性，随后分别于其他机组停机期间，陆续对#1、#2、#3三台球阀下游密封进行了检查。检查结果显示，除#3球阀外，#1、#2、#4球阀下游密封固定环紧固螺栓均不同程度出现脱落、松动或紧固力矩不足等问题，其中#4球阀下游密封固定环紧固螺栓脱落、松动情况最为严重。

2.2球阀下游密封缺陷处理情况

为解决上述缺陷，采用改进该处紧固螺栓的止动方式，以增强螺栓的止动效果。实施方案的总体思路为将该螺栓按原工艺（即涂锁定胶，加防松垫圈，以67N.m力矩紧固）回装后，再对螺栓头部进行点焊加固，主要处理措施如下表。

3、球阀下游密封漏水缺陷风险评估

3.1下游密封固定环紧固螺栓再次发生松脱缺陷的风险评估

经过对四台球阀下游密封固定环螺栓进行加固处理后，螺栓松动、脱落的缺陷已消除。其他类似电厂（下游密封固定环采用相似结构/止动方式均采用点焊止动）从未出现过此种缺陷，故评估缺陷再次发生的可能性极低，后续在机组年度常规C修中持续开展定期检查即可。

3.2上游密封出现该缺陷的可能性评估

进行上游密封固定环紧固螺栓发生松脱缺陷可能性评估时，评估内容主要如下：①上游密封仅在机组检修期间投入，因此上游密封的工作时间和投退次数远远低于下游密封，故上游密封固定环与活动环相互撞击的时间和次数极少，即上游密封固定环紧固螺栓冲击受力的次数极少，具体运行环境如图2所示。

②球阀开启过程，上游密封两侧均为上游水压，压差较小;而下游密封一侧为上游水压、一侧为尾水压，压差较大;故上游密封处水流速相对较低，水流冲击影响较小，即上游密封固定环紧固螺栓受到的水流冲击振动较小。③对机组运行数据（包含下游密封投退次数、机组运行时间）和下游密封固定环螺栓的未打胶数量及松脱数量进行统计及分析，按下游密封投退次数、机组运行时长由高到低排序为#1、#3、#4、#2，按下游密封固定环螺栓松脱的数量由高到低排序为#4、#1、#2、#3，可见机组运行数据与螺栓是否发生松脱以及松脱数量之间并不存在明显的对应关系。同理分析上游密封固定螺栓松脱缺陷是否发生及其松脱数量与机组运行数据之间也无明显规律性。

4、总结

4.1评估结果

对上述检查处理实际情况及风险评估结果总结如下：

①目前四台机组球阀下游密封固定环紧固螺栓已完成点焊加固处理，处理效果良好，且经评估缺陷再次发生的可能性极低。

②球阀上游密封固定环螺栓松脱落缺陷发生的可能性虽然远低于下游密封，但缺陷的发生及其严重程度与机组运行数据之间无明显规律性，当前无法从运行数据准确预估出上游密封可继续安全稳定运行的时长。

4.2建议

制定后续跟踪措施及处理建议如下：

①后续在机组年度常规C修中，持续开展对四台机组球阀下游密封固定环紧固螺栓的定期检查。

②择机安排上游水道停水检修，对四台机组球阀的上游密封固定环螺栓开展检查及点焊加固处理。

③在球阀上游密封固定环螺栓技改加固处理完成前，每隔半年测量一次上游密封漏水量，当漏水量出现增大超过标准范围时，需对上游密封运行状态开展再评估，考虑提前对上游密封开展检查处理。

参考文献：

[1]LU Jia-ming， LI Zhong. 基于有限元法的超超临界机组球阀密封设计及研究[J]. 液压气动与密封， 2018， 038（012）：22-25.

[2]陈绪雨. 长输天然气管道大口径球阀内漏故障分析与检测方法探讨[J]. 化工管理， 2018， 000（002）：208.

[3]孔翔， 陈力智， 邱晓来，等. 大口径金属硬密封球阀泄漏分析及解决方案[J]. 机械设计与制造， 2019， 000（006）：204-207.

（南方电网调峰调频发电有限公司检测试验分公司，广东 广州 510000）