旋啟式止回閥的低壓密封性標準分析

蔡龍霆

（三門核電有限公司，臺州 317112）

1 某核電機組4 個旋啟式止回閥出現(xiàn)反向泄漏的問題處理

2016 年10 月，某核電機組在熱態(tài)試驗中，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)化學和容積控制系統(tǒng)的4 個旋啟式止回閥存在反向泄漏問題，導(dǎo)致化學和容積控制系統(tǒng)補水泵在停泵后4 個止回閥無法回座。

設(shè)計管理部門介入問題處理后，首先發(fā)函請原設(shè)計方（某美國公司）在設(shè)計文件中增加低壓工況下的泄漏率要求，但原設(shè)計方表示旋啟式止回閥并沒有低壓工況下的泄漏率要求。為了進一步解決問題，設(shè)計管理部門又協(xié)調(diào)另一家國內(nèi)設(shè)計院提出低壓密封試驗要求。該設(shè)計院在經(jīng)過研究后，提出了低壓密封試驗的試驗壓力、保壓時間以及每毫米公稱通徑的閥座泄漏率等參數(shù)。

2016 年12 月，設(shè)計管理部門協(xié)調(diào)設(shè)備采購部門根據(jù)新增低壓密封性要求重新采購了止回閥。但是，本批次止回閥由于制造工藝和加工精度的原因，在后續(xù)的試驗和運行中依然持續(xù)泄漏。2018 年之后，該核電機組結(jié)合經(jīng)驗反饋，逐步將本批次止回閥替換為某國外廠家生產(chǎn)的進口旋啟式止回閥，最終成功解決了問題。

2 從旋啟式止回閥原理分析上述問題的根本原因

相較于其他類型的止回閥，旋啟式止回閥的主要運動模式是閥瓣圍繞銷軸而旋轉(zhuǎn)的止回閥。這種止回閥相較于升降式止回閥、管道式止回閥等具有流阻較低的優(yōu)勢，因而被廣泛地應(yīng)用于各類給水工藝系統(tǒng)。

由于機理所限，旋啟式止回閥的密封性不及升降式止回閥和管道式止回閥。而在長期以來的工業(yè)實踐中，止回閥的密封性是指正常工作壓力下的高壓密封性，對低壓工況下的密封性考慮較少。實際上，從旋啟式止回閥的原理，如果閥瓣強度足夠，壓力越高則密封效果越好。正常壓力工況下比較容易滿足高壓密封試驗的要求，而低壓工況下的泄漏則是相對更具有挑戰(zhàn)性的問題。

具體到前述問題，原設(shè)計方在設(shè)計該閥門時遵循的主要標準是ASME B16.34-1996[1]。閥門設(shè)計規(guī)范書中規(guī)定閥門的密封性試驗應(yīng)根據(jù)ASME B16.34-1996 的要求，按照37.8℃下的額定壓力1.1 倍開展不少于5min 的密封性試驗。但是，對于低壓差工況下的密封性，設(shè)計文件中則沒有涉及。但實際上，原設(shè)計方對于ASME B16.34-1996 的理解不夠透徹，是導(dǎo)致原設(shè)計方認為對旋啟式止回閥并沒有低壓工況下的泄漏率要求的根本原因。

3 止回閥的低壓密封性試驗標準分析

3.1 中國標準體系中的要求

在目前的國標體系中，止回閥相關(guān)的主要規(guī)定包括GB/T 13932—2016《鐵制旋啟式止回閥》[2]和GB/T 13927—2008《工業(yè)閥門 壓力試驗》[3]。GB/T 13932—2016 第5.2 節(jié)“壓力試驗”中規(guī)定，止回閥的殼體強度試驗和密封性能試驗按GB/T 13927—2008 的規(guī)定方法進行。在GB/T 13927—2008 第5.3.2 節(jié)表3“密封試驗”中明確，止回閥的試驗方法是在閥瓣關(guān)閉狀態(tài)封閉止回閥出口端，給閥門內(nèi)充滿試驗介質(zhì)，逐漸加壓到規(guī)定的試驗壓力，檢查進口端的泄漏情況。所謂的“試驗壓力”，根據(jù)GB/T 13927—2008 標準第4.7.3.1 節(jié)的規(guī)定，是指閥門在20℃時允許最大工作壓力的1.1 倍。由此可知，在目前的國家標準體系中，對于止回閥的密封性要求只涉及正常壓力工況下的高壓密封試驗，對低壓力工況下的密封性沒有要求。

3.2 美國標準體系中的要求

在目前的美國標準體系中，止回閥相關(guān)的主要標準包括ASME B16.34-1996、MSS SP-61-2019以及API 598-2016等。以案例中的設(shè)計文件使用的ASME B16.34-1996 第7.2 節(jié)為例，要求閥門的密封性試驗按照37.8℃下的額定壓力1.1 倍開展，但同時又在注釋中指出密封性試驗的要求隨著多種不同應(yīng)用而變化，不在本標準的考慮范圍之內(nèi)。關(guān)于此內(nèi)容的指導(dǎo)，可以參考MSS SP-61-2019 和API 598-2016。

在MSS SP-61-2019[4]第5.1.1 節(jié)中，要求閥門的密封性試驗按照37.8℃下的額定壓力1.1 倍并在向上取0.5bar圓整后的壓力下開展，也就是與ASME B16.34-1996 同樣沒有低壓差密封試驗的要求。但是，在API 598-2016[5]的表1 中，對于高壓密封試驗、低壓密封試驗以及上密封試驗等進行了詳細劃分，且明確止回閥需要進行高壓密封試驗。而對于止回閥，低壓密封試驗是可選而非必須的，具體的密封試驗壓力要求可根據(jù)表3 按照0.4 ～0.7MPa 開展試驗。而密封試驗的持續(xù)時間可參考表4，密封試驗的最大允許泄漏率可參考表5。

由此可見，在前述問題的處理中，原設(shè)計方對于ASME B16.34-1996 第7.2 節(jié)的注釋和API 598 的關(guān)注顯然是不夠的。

3.3 其他標準體系中的要求

經(jīng)過了解，歐洲標準對該問題的關(guān)注較早。關(guān)于止回閥的有關(guān)要求，EN 1074-3：2000[6]中的5.2.2.2 條款規(guī)定了止回閥的低壓差下閥座密封性試驗要求應(yīng)按照EN 1074-1：2000[7]中的第5.2.2.2 節(jié)規(guī)定執(zhí)行。其中，試驗時間按照EN 1074-1：2000 中的第5.2.2.1 節(jié)規(guī)定執(zhí)行。而在EN 1074-1：2000 第5.2.2 節(jié)，“閥座密封性”明確將閥門的密封性分為高壓密封性（第5.2.2.1 節(jié)）和低壓密封性（第5.2.2.2節(jié)），并指出止回閥的低壓差密封試驗壓力應(yīng)在0.05MPa以下，其余試驗要求等同第5.2.2.1 節(jié)中的規(guī)定。

4 結(jié)語

通過前述問題與標準比較可知，工作人員需要長期的工業(yè)實踐并密切關(guān)注用戶的需求，才能及時解決止回閥的低壓密封性試驗問題。后續(xù)的止回閥設(shè)計過程應(yīng)在滿足國家標準的基礎(chǔ)上，考慮借鑒API 598-2016、EN 1074 等先進工業(yè)標準。但需注意，這些標準存在較大差異，有些內(nèi)容甚至互相沖突，應(yīng)結(jié)合實際情況有選擇性地選用設(shè)計標準。此外，有關(guān)制造廠商應(yīng)加快研發(fā)所需的低壓密封試驗裝置，從而進一步提升旋啟式止回閥的低壓密封性。