秦山核電一期V02-314氣動閥門波動診斷分析

徐賢東

摘要：本文通過對V02-314氣動閥門故障診斷處理的過程分析，總結了閥門填料、以及填料安裝方式等因素對閥門調(diào)節(jié)性能的影響，為同類設備故障處理積累經(jīng)驗，以供同行借鑒。

關鍵詞：調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)性能填料安裝方式 摩擦力

1. 背景介紹

V02-314氣動閥門是電廠化容系統(tǒng)的下泄背壓控制閥,由它來自動控制下泄管線壓力狀態(tài)。在電廠日常設備巡檢過程中,設備巡檢人員發(fā)現(xiàn)閥門填料處有較多硼結晶，開發(fā)了一項V02-314閥門缺陷，檢修人員經(jīng)過反復多次消缺處理，閥門的調(diào)節(jié)性能和泄漏依然無法徹底消除。

1.1 閥門故障處理：

（1）緊固填料壓蓋螺栓 ：檢修人員初步判斷因填料壓蓋松動，預緊力不夠，導致閥門介質(zhì)的泄漏，因此采取了緊固填料壓蓋螺栓來消除缺陷。缺陷消除閥門投入運行，主控觀察閥前壓力有波動現(xiàn)象，繼續(xù)排查；

（2）更換定位器：檢查控制系統(tǒng)、接線沒有發(fā)現(xiàn)問題，現(xiàn)場加模擬信號，發(fā)現(xiàn)定位器輸出氣壓波動，檢修人員判斷可能問題出在定位器，現(xiàn)場做定位器處理和減壓過濾器，但波動現(xiàn)象沒有消除；

（3）填料壓蓋調(diào)節(jié)：經(jīng)消缺小組人員討論，查閱閥門檢修記錄，在電廠大修期間對該閥門實施過填料壓蓋緊固，現(xiàn)場的故障可能與緊固壓蓋有關。后經(jīng)機械人員將閥門填料壓蓋松開后，閥門不再波動，可以確認故障原因是閥門填料過緊，致使閥桿摩擦力過大,閥門填料壓蓋螺母的松緊與閥門的調(diào)節(jié)性能存在沖突，閥門填料壓蓋過緊導致閥門超調(diào)。但隨著填料壓蓋的松開，介質(zhì)又會重新出現(xiàn)泄漏。

2. 閥門失效的診斷分析

2.1 閥門介紹

V02-314是化容系統(tǒng)的下泄背壓控制閥,由它來自動控制下泄管線壓力狀態(tài)。V02-314接受閥前壓力信號，自動控制下泄孔板至該閥之間的壓降，以防止汽化，同時，在主系統(tǒng)水實體狀態(tài)下，控制和調(diào)節(jié)主系統(tǒng)壓力。

V02-314閥門由日本加德留斯制造，閥門相關參數(shù)為：口徑DN50，設計壓力40Kgf/cm2，，設計溫度100攝氏度，流量特性為等百分比，流量系數(shù)Cv=7.6[1]。閥體結構為閥籠導向的直通式單閥座閥門。執(zhí)行機構為彈簧薄膜氣動執(zhí)行機構，進氣方式為上進氣，閥門失氣時保持常開。

2.2 工作原理分析

V02-314填料壓蓋的工作原理，

由于壓緊壓蓋所形成的壓緊力產(chǎn)生一種造成密封效果的徑向壓力，徑向壓力沿整個填料長度按指數(shù)曲線分布[3]。為了保持密封狀態(tài)，內(nèi)側圈上的徑向壓力至少等于系統(tǒng)的內(nèi)壓力，這就意味著外側圈上的徑向壓力高得多，在大多數(shù)用途中是過高的，這將導致過大的摩擦，軸磨損，氣動密封件失效。經(jīng)查密封材料手冊，填料密封產(chǎn)生的徑向力與壓緊壓蓋所加的軸向力之比約為0.6~0.7,沿整個填料函的典型徑向壓力。

2.3 填料安裝過程分析

查看V02-314閥門解體維修規(guī)程，“將閥桿組件插入閥蓋支架，并依次將填料裝入填料函，填料的切口處應處于對稱位置。分四步按照力矩參考值的30%、60%、80%、100%逐步擰緊盤根壓蓋螺母，注意盤根壓蓋與閥桿四周的間隙應均勻，力矩參考值為9～12 Nm”。

2.4 填料安裝方式分析

從維修規(guī)程可以看出，填料的安裝方式為整體封裝，整體壓緊的方式，這種方式的安裝，從圖2可以看出，與壓蓋最近的填料受力最大，變形最大，承擔了密封的主要工作。呈現(xiàn)出上緊下松的狀態(tài)，填料徑向密封力并不平均，由于力量很難傳遞到遠端的填料圈，在該處的密封圈可能存在泄漏。這種安裝方式不能保證有足夠的預緊力施加于下面的填料，造成閥門填料處存在硼結晶泄漏的可能。當填料泄漏時，檢修人員又會加大填料壓蓋預緊力，造成調(diào)節(jié)閥性能變差。填料的摩擦力是直行程控制閥的摩擦力的主要來源，而摩擦力又是調(diào)節(jié)閥死區(qū)的一個主要原因。

2.5調(diào)節(jié)閥摩擦力分析

忽略控制閥閉環(huán)回路的控制系統(tǒng)因素，調(diào)節(jié)閥總體推力/摩擦力比例，動摩擦力/靜摩力的比例決定的著閥門的性能，也就是閥門的死區(qū)以及響應時間。調(diào)節(jié)閥設計的總體推力和執(zhí)行機構的容積相關，薄膜越大，推力越大。V02-314閥門在2005年解體檢修以前，未曾發(fā)生過類似缺陷，因此可以排除總體推力偏小的問題。而摩擦力，動摩擦力/靜摩力的比例會因為填料壓蓋預緊力調(diào)整，會產(chǎn)生變化,并且上述因素會隨著調(diào)節(jié)閥填料的安裝方式會而有所不同。

2.6填料材料分析

通過研究廠家的填料材料，發(fā)現(xiàn)廠家后期提供的填料材料和閥門出廠時的填料是有變化的，由石棉材料變更成了石墨材料，材料不同，摩擦系數(shù)不同，相應填料的緊固力矩也發(fā)生改變。查詢檢修記錄“安裝閥桿至閥蓋，安裝填料，每次裝入兩圈，然后用規(guī)定力矩緊固（下6層填料緊固力矩31-34NM；上3層填料緊固力矩為27-29NM；校驗填料螺栓力矩，最終力矩為12NM)”，上述緊固力矩是適用于石棉材質(zhì)的填料，但閥門解體時實際更換的是石墨材料的填料，石墨材質(zhì)的摩擦系數(shù)是大于石棉材質(zhì)的。查詢廠家手冊，下層石墨材料的緊固力矩僅為19~21n.m，最終力矩為8~12NM，因此，可以確定閥門填料的緊固力矩也是不合適的，最終影響了閥門調(diào)節(jié)性能。

3. 故障解決方案

3.1 改變閥門填料安裝方式。

加工專用工具，參考廠家手冊,對填料安裝方式采用分段預緊的安裝方式.

3.2 改變閥門填料緊固力矩。

參考廠家手冊，對閥門下層填料的施加緊固力矩為19~21n.m，最終力矩為8~12NM通過上述方案的改進，對閥門安排診斷,填料摩擦力數(shù)值檢測如下表，發(fā)現(xiàn)閥門的動態(tài)摩擦力降低了一半，摩擦力大大減少。對于較大幅度的信號變化（5%、2%），位移能夠快速響應，穩(wěn)定性較好；對于較小幅度的信號變化（1%、0.05%），位移也能快速響應[2]。

4. 結論

綜上所述，調(diào)節(jié)閥的波動缺陷，通過改變填料安裝方式和螺栓緊固力矩，整體調(diào)節(jié)性能得到了提高，解決了V02-314閥門波動大的缺陷。對于調(diào)節(jié)閥，選擇正確的預維方式、合理的預維周期至關重要，閥門的頻繁解體維修并不能增加設備的高可靠性，通過這次問題解決的經(jīng)驗和教訓，設備管理人員修改預維大綱，增加閥門的維修頻度，在每次大修期間安排閥門狀態(tài)監(jiān)測，閥門的檢修經(jīng)濟性和設備的可靠性最終都得到了提高。

5. 參考文獻

[1]加德留斯閥門使用說明手冊

[2]艾默生控制閥手冊

[3]密封件與密封手冊 R.H.沃林著 國防工業(yè)出版社會性1990