核電廠海水系統(tǒng)旋啟式止回閥內漏原因分析

韓 偉

（中核遼寧核電有限公司，遼寧葫蘆島 125100）

0 引言

閥門廣泛應用于工業(yè)、建筑業(yè)、農業(yè)及核能行業(yè)等領域，閥門使用越來越普遍，已經成為各行業(yè)中不可缺少的通用機械設備，使用量逐漸增多，閥門動作也越來越頻繁，因此閥門出現(xiàn)故障的概率越來越高。根據(jù)不同的分類方式，閥門可分為多種類型，并且種類還在不斷增加，止回閥即為其中一種類型的閥門，在各系統(tǒng)中使用數(shù)量越來越多，而旋啟式止回閥在止回閥中占有較大比例。隨著使用數(shù)量的增多，旋啟式止回閥在系統(tǒng)運行過程中經常發(fā)生內漏、外漏、卡澀等異常故障，進而影響相關設備或系統(tǒng)的正常運行。

1 旋啟式止回閥

1.1 旋啟式止回閥結構

旋啟式止回閥主要由閥體、閥蓋、閥瓣、閥座和搖臂等部件組成（圖1）。閥體和閥蓋一般為碳鋼材料，閥瓣、閥座及搖臂一般為不銹鋼材料。大口徑的旋啟式止回閥，一般通過法蘭連接在系統(tǒng)管道中，并且根據(jù)系統(tǒng)相關要求，閥座密封面與垂直面有一定夾角。為了防止系統(tǒng)介質倒流時閥門動作遲鈍，有些旋啟式止回閥的閥瓣上設計有重錘或彈簧載荷的杠桿[1]。需要注意的是，閥體內腔空間要足夠大，保證閥瓣能最大程度地旋啟，閥門達到全開位置，管道流量達到最大值。在實際工作中，旋啟式止回閥在選用時，還要考慮系統(tǒng)內介質的壓縮性及流體的沖擊力等因素對閥門的影響。

圖1 旋啟式止回閥

1.2 工作原理

啟閉件依靠系統(tǒng)內介質動力打開并自動回座，防止介質倒流，只允許介質沿一個方向流動的閥門稱為止回閥。旋啟式止回閥又稱逆止閥，是用于單向流動管道上防止介質倒流的自動閥門。旋啟式止回閥是指閥瓣沿閥體內部的銷軸進行旋轉達到開啟或關閉的目的，一般閥瓣為圓形，可分為單瓣式、雙瓣式和多瓣式3 種。最常見的是單瓣式旋啟式止回閥：閥瓣位于銷軸的下方，當管道內流體按照指定的方向流入時，閥瓣的進口壓力高于出口壓力，此時閥瓣會被介質推起，離開閥座并繞銷軸轉動某一位置，閥門處于全開狀態(tài)；當閥瓣兩側的壓差減小到一定時，閥瓣自由下落，從而回到關閉狀態(tài)；當管道內介質反向流動時，閥瓣兩側壓差產生的作用力將閥瓣壓緊在閥座上，導致流體介質無法通過，介質壓力越大，密封面壓得越緊，密封效果越好；根據(jù)系統(tǒng)的需要，閥瓣可以全為金屬或在金屬上鑲嵌橡膠，或采用合成覆蓋面[2]。

1.3 適用工況

旋啟式止回閥一般適用在流體介質較為干凈的管道中，不適用于黏度大或含有固體顆粒的工況，否則會導致旋啟式止回閥開啟不靈敏，無法達到完全密封，對流體的止回也就不夠可靠。

旋啟式止回閥的安全位置較靈活，不受條件限制，可以水平安裝在管道中，也可以安裝在垂直或傾斜的管線上，但需要注意的是，如果安裝在垂直管道上，管道內介質的流動方向應該由下而上。

2 內漏原因分析

旋啟式止回閥材料大多為雙相不銹鋼，實際工作中。經對閥門全面解體檢查發(fā)現(xiàn)，導致閥門內漏的直接原因是閥芯一側的銷軸發(fā)生嚴重腐蝕（圖2），造成系統(tǒng)內介質動力消失后，閥瓣無法落下與閥座密封面貼合，從而發(fā)生內漏現(xiàn)象。

圖2 閥門銷軸腐蝕前后對比

通過對比閥門兩側的銷軸，發(fā)現(xiàn)銷軸的表面上均有雙相不銹鋼（SAF2507）材料的牌號，銷軸一側腐蝕嚴重，一側完好無損，因此初步懷疑銷軸的材料有問題。經相關部門對材料進行分析得知，銷軸材料實際為馬氏體不銹鋼，且與要求的材料內部化學成分含量有差異（表1）。馬氏體不銹鋼耐海水腐蝕性能較差，長期在海水環(huán)境中運行，造成電偶腐蝕、縫隙腐蝕等，導致閥門內漏。

表1 銷軸材料成分對照表 %

3 電偶腐蝕

3.1 電偶腐蝕概念

兩種不同電化學性質的材料與周圍環(huán)境中的介質構成回路時，電位較正的金屬腐蝕速度較慢，電位較負的金屬腐蝕速度加快的現(xiàn)象稱為電偶腐蝕[3]。電偶腐蝕的形成主要是因為不同材料間的電位差，電位差是電偶腐蝕的動力，電偶腐蝕是一種普遍存在的現(xiàn)象，會誘導點蝕、縫隙腐蝕及應力腐蝕等現(xiàn)象，且材料的面積、不同介質以及溫度、表面膜等都是影響電偶腐蝕的因素。

3.2 電偶腐蝕的原理

當兩種電位不同的材料A 和B 分別在介質中時，各自發(fā)生腐蝕，反應處于活化控制（圖3）。當A 和B 在介質中直接接觸時，就會成為一個電偶腐蝕原電池，而電位較高的材料B 為電池中的陰極，電位較低的材料A 成為電池中的陽極，假如電解質溶液的電阻忽略不計，此刻就會有電流產生，方向從陰極流向陽極，兩種材料同時發(fā)生極化現(xiàn)象。電位較低的材料A 發(fā)生陽極極化，電位較高的材料B 發(fā)生陰極極化。與未偶接時相比，A→Ag 進一步加速了陽極材料的溶解，速率增加，腐蝕加劇；B→Bg 減緩了陰極材料的溶解，速率減慢，陰極材料被保護，也就是所謂的陰極保護效應。

圖3 電偶腐蝕原理

4 現(xiàn)象分析

旋啟式止回閥的銷軸材料為雙相不銹鋼，軸套的材料為銅鎳合金，而雙相不銹鋼與銅鎳合金兩種材料本身就存在電位差，且系統(tǒng)內介質是海水，海水是強電解質溶解，使兩種材料偶接，并且隨著系統(tǒng)長期運行，閥門開關次數(shù)增多，腐蝕速率不斷加劇，作為陽極的不銹鋼材料不斷溶解，銷軸腐蝕越來越嚴重，導致閥瓣無法沿銷軸旋轉動作，閥門開關異常，失去介質動力后，閥瓣無法落下與閥座密封面貼合而產生內漏現(xiàn)象（圖4）。

圖4 電偶腐蝕現(xiàn)象

5 處理措施

將發(fā)生內漏的旋啟式止回閥進行隔離，排盡管道內部殘水，對閥門進行解體清洗，并對銷軸的備品備件材料進行成分檢驗，確認符合系統(tǒng)要求后，更換新的銷軸，回裝閥門進行驗證，確認內漏故障消除。并可通過更換銷軸的材料，升版相應程序規(guī)程，定期檢查銷軸的腐蝕情況等措施，避免再次出現(xiàn)類似嚴重腐蝕造成閥門內漏而影響相關設備及系統(tǒng)的正常運行。

6 結論

闡述旋啟式止回閥的結構及基本的工作原理，對實際遇到的典型的閥門內漏現(xiàn)象進行詳細分析，得出閥門內漏的原因是銷軸材料成分不符合相關要求而發(fā)生了電偶腐蝕，導致閥門發(fā)生內漏。提出通過更換銷軸的材料消除缺陷，定期檢查銷軸的腐蝕情況，避免再次出現(xiàn)類似問題，以保證相關設備及系統(tǒng)的正常運行，減少日常維修工作量。