火電廠高壓閥門泄漏故障案例分析

向金金

（廣東大唐國際潮州發電有限責任公司，廣東潮州 515723）

0 引言

火力發電廠高壓閥門能夠控制電廠管道系統中的介質流通、阻斷以及調節流量，有的閥門還可以起到保護管道、壓力容器的作用。高壓閥門的泄漏位置往往會出現在閥桿填料、閥門法蘭結合密封面、閥蓋以及閥體的連接區域，有時還會出現在閥體上。一旦閥門出現長期的泄漏，不僅會造成閥門本身進一步的損壞，還會導致運行工況不穩定，造成流體介質出現嚴重的能量損耗。如果是主再熱蒸汽系統、給水系統等關鍵區域出現嚴重的泄漏，還會造成電廠發生非計劃停機事故，導致發電成本上升。如果是高溫高壓蒸汽或有毒氣體泄漏，甚至會威脅到電廠職工的生命安全。本文選取了某電廠的兩起典型高壓閥門泄漏故障案例，從閥門結構上分析泄漏產生的原因并提出相應的預防措施。

1 填料選擇不當及壓緊力矩不足導致高壓調閥填料壓蓋處泄漏

1.1 故障發生的過程及處理經過

某電廠1#機組過熱器A 側一級減溫水管路上依次布置有一級減溫水調門前電動門，減溫水調門、減溫水調門后手動門。2019 年12 月20 日，過熱器A 側一級減溫水調門盤根處大量呲水（圖1）。關閉過熱器A 側一級減溫水調門前電動門及減溫水調門后手動門，系統無法隔絕，調門仍不斷漏水。

故障處理經過：12 月20 日9：00，密封人員到達現場對1#爐A 側過熱器一級減溫水電動調節門盤根漏水進行處理，注膠至漏水現象消失后。因汽溫調整需要，將閥門手動開至20%后繼續注膠密封，并將閥桿與填料壓蓋焊接固定，保證該調門長期維持在20%開度，待機組檢修時再做徹底處理。

1.2 泄漏產生的原因

經調查，2019 年11 月，1#機組檢修時，在回裝閥門填料的過程中，檢修人員在緊固填料壓蓋兩側螺栓時稍微有些吃力，便用以往的經驗判斷其已滿足要求。填料壓蓋不緊、偏斜，造成閥桿與填料接觸不好、間隙偏大，機組啟動后填料遭受持續的沖刷導致泄漏，是發生閥門盤根漏氣的直接原因。盤根材料、尺寸與現場不匹配，在高壓介質的作用下填料密封性能下降，閥門盤根產生漏汽可能是本次異常發生的原因。

1.3 預防措施

為防止類似事件再發生，規范檢修作業程序及備品配件檢驗程序，從閥門填料的密封機理和檢修過程控制入手，制定出閥門檢修填料更換的要求及注意事項。

（1）檢修和更換填料時閥門填料應全套更換，不允許只更換個別層填料。

（2）用盤根取出器掏出填料函內舊填料時，要注意盤根取出器不能刮傷閥桿和填料函表面，并做好填料函內部的清理工作。

（3）如果檢修項目需要更換閥門的填料，需要同步檢查閥桿與填料接觸的表面，不能出現表面有拉痕、麻坑、脫皮或腐蝕等現象，必要時還需檢查填料函的內壁光滑程度。

（4）閥桿的彎曲程度需要控制在0.20 mm 以內。

（5）新填料需要保持完整，不能出現損壞、變色、松弛等狀況（預壓過的填料）。采用新填料時，應當提前在閥桿和填料函中安裝一次，檢查相對應的填料外形以及規格尺寸符合要求。填料內徑要求：①檢查編織填料內徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內徑之差（＜0.5 mm）；②膨脹石墨填料內徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內徑之差（＜0.20 mm）。

（6）工作人員應對新填料備件以及所拆下的舊填料條數、材料進行確認，確保數量、材料相同，否則應當查明原因。

（7）對于高壓閥門，盡可能使用成型的填料、不用切口型。

（8）填料組件裝入填料函中時應一層一層地裝入，并保證每層都裝到底，可以使用填料壓蓋來壓填料達到此目的，禁止采取把填料組裝入整體下壓的行為。

（9）填料環在填料函中的有效高度為閥桿直徑+15 mm，密封壓環插入填料函深度一般為5 mm。

（10）壓緊填料應采用力矩板手，緊固時對稱對螺栓進行緊固，緊固過程中隨時觀察填料壓蓋的平行度防止緊偏，分段施力，最后達到規定力矩。力矩應按照圖紙或者廠家提供有填料壓緊力矩執行。

（11）更換填料后，閥門需要進行手動（氣動或電動）試驗，檢查填料是否過緊，有無異響或抖動等現象。

圖1 減溫水調門泄漏位置

2 VOLK（沃克）壓力自密封閘閥閥體與支架結合面泄漏

由于進口閥門在設備可靠性、檢修維護量上具有一定優勢，因此在火力發電機組尤其是超臨界機組上廣泛應用，進口閥門品牌包括VOLK、CROSBY、Fisher 等。在進口閥門廠家提供的資料不足的情況下，如果有進口閥門外漏，需從閥門結構上入手，分析解決方案。

2.1 故障發生的過程及處理經過

某電廠3#爐爐水循環泵過冷水管路調節閥為VOLK 壓力自密封鑄鋼閘閥，壓力等級為CLASS 2500，閥體材料為A216-WCB。該閥門從2018 年起發生外漏，外漏位置及結構如圖2所示。

因未找到閥門外漏的根本原因，3 次停機對閥門解體檢修都是更換圖2 中的密封圈，但是均在機組啟動一段時間后便會再次發生泄漏。機組啟動、停機過程中需對該閥門進行操作且機組運行期間無法隔離，該閥門處高溫高壓（壓力與鍋爐工作壓力一致，鍋爐運行時該閥正常狀態為常開），存在人員燙傷、高處墜落等風險，分析閥門外漏的根本原因并解決變得迫在眉睫。

圖2 閥門閥體支架結合面泄漏示意

2.2 泄漏產生的原因分析

該閥門為自密封閥，其工作原理是：自密封楔式閘閥在閥桿密封處采用填料外密封與內壓自密封相結合的密封結構，可以確保介質不泄漏；閥桿外密封采用聚四氟乙烯或O 形圈填料，用填料壓蓋壓緊；內壓自密封結構在介質的作用下產生向上壓力，介質壓力越大，密封力越大。該種結構適用于高壓介質。

2019 年7 月機組臨停檢修時，閥門解體后通過與閥門結構圖進行一一比對，發現閥門中沒有圖2 中的墊圈且密封圈由設計時的不銹鋼圈已在以前的檢修中被更換為石墨圈。依據自密封閥門的工作原理，VOLK 壓力自密封鑄鋼閘閥的內壓自密封結構由支架、墊圈、密封圈組成。如果墊圈丟失、漏裝，則閥門支架與密封圈之間就會存有一定間隙，當系統壓力上升以后，密封圈向上移動但與支架無法形成內自密封。在本案例中密封圈材質還被變更為石墨，系統升壓后向上移動過程中易被擠碎，與閥門在前三次檢修中只更換了閥門密封圈，機組啟動一段時間后便會再次發生泄漏的實際相符合。

處理方案：在密封圈上涂抹紅丹、將支架裝入，支架與密封圈接觸面未能接觸到紅丹，進一步驗證了閥門支架與密封圈之間存有一定的間隙，需加裝墊圈；結合該閥由于上部螺紋銹蝕導致支架與自密封間隙進一步變大等原因，測量出支架能夠擰入的距離a，支架要與密封圈接觸應擰入的距離b，則需加工的墊圈厚度h=b-a。按照計算出來的墊圈厚度，在密封圈與支架之間增加上加工回來的墊圈，起到減小間隙防止密封圈跑位或擠壓變形的作用。新加工墊圈回裝后，機組啟動，閥門外漏缺陷徹底消除。

2.3 預防措施

針對壓力自密封閘閥閥體與支架結合面泄漏，不應根據以往檢修經驗武斷為自密封圈質量不行、安裝不到位等，應從自密封原理出發，在檢修中采取相應的檢查手段及預防措施。自密封閘閥泄漏可能是由下列原因中的一種引起的：①閥芯和自密封圈內部的密封可能出現隱患，如存有異物卡澀、密封面遭受介質的腐蝕和沖刷等；②閥蓋和墊片之間的密封可能出現隱患，包括由于腐蝕和沖刷所造成的閥體壁外部存在缺陷、閥蓋的失圓或者密封表面的金屬受損，如表面裂縫、傷口或金屬的不均勻性等。

因此，閥門回裝過程中，應該使用力矩扳手預緊緊閥蓋的雙頭螺栓，在現場推薦如下步驟：

（1）檢修期間將閥蓋螺栓冷緊到位，機組啟動帶負荷后把閥蓋螺栓再熱緊一次防止泄漏。

（2）螺栓緊固前應涂抹抗咬合脂進行潤滑，保證螺栓緊到位。如果自密封閥門在運行中發生泄漏，可以先緊固閥蓋螺栓（圖2）來提高閥門自密封性能。如果緊固無效，則需隔離系統進行解體維修，對于自密封閥門，每次檢修都必須更換自密封圈。需要注意的是，自密封圈是由較軟的鎳合金鋼作為主要合成材料的，工作人員檢修時應小心操作，防止自密封圈損壞。

3 結束語

火電廠在運行過程中，高壓閥門的泄漏以盤根、自密封圈、閥體和密封面發生泄漏為主，而且大多數重要的閥門在運行中還無法進行隔離檢修，這直接影響到機組運行及人身安全，因此必須要重視高壓閥門的檢修。

閥門檢修期間，應當依照閥門的種類采取相應的解體檢修措施，嚴格執行驗收簽證手續，對于多次泄漏的閥門應進行針對性的研究，尤其是進口閥門，要結合設備圖紙進行分析，利用有效的方式予以維修。同時，相關工作人員要提高對設備結構的熟悉程度，保證檢修效率和質量。只有各個系統的閥門穩定、可靠運行，才能確保機組的安全、穩定、高效運行。