穿地閥常見故障原因分析及處理措施

柴志榮，徐詠斌，王志敏

（中核蘇閥科技實業股份有限公司，江蘇蘇州 215129）

0 引言

穿地閥屬于核化工設備，分為放化安全級穿地閥（放化1級、放化2 級）和非放化安全級穿地閥。其中，放化1 級穿地閥是包容大量放射性物質且失效會導致事故工況的閥門，是用于防止事故工況或減輕事故工況的閥門；放化2 級穿地閥是包容少量放射性物質且失效會導致事故工況的閥門，是用于防止事故工況或減輕事故工況的閥門；有特殊要求的非安全級閥門是與安全相關的重要閥門，但其失效不會使相關人員所受輻照劑量超過規定限值。

穿地閥安裝在由鋼筋混泥土輻射屏蔽層有效隔開的上下兩個區域之間，閥體位于屏蔽層下面放射性較高區域的設備室里，其兩端通道與工藝管道對焊連接，實現放射性流體介質的包容與阻斷。驅動裝置位于屏蔽層上面放射性較低區域的檢修間內，操作人員可進入放射性較低區域進行安全控制和操作。

穿地閥廣泛應用于乏燃料后處理工藝系統中，過流介質大多帶有放射性和化學性，失效將直接影響工藝系統的運行與安全。由于穿地閥結構復雜，故障因素眾多，通過對穿地閥常見故障原因分析，采用合適的處理方法消除故障，確保乏燃料后處理工藝系統安全運行。

1 穿地閥常見故障

1.1 密封失效

穿地閥結構如圖1 所示，其密封結構包括：閥體上密封面和閥蓋密封面構成的中腔體蓋密封結構，閥體下密封面與閥瓣密封面構成的通道密封結構以及閥桿波紋管密封結構。密封失效的表現形式主要有以下兩種：

圖1 穿地閥結構示意

（1）穿地閥外漏，表現為閥體引流孔/引流管有介質泄漏。中腔體蓋密封失效或者閥桿波紋管密封失效，都會導致引流孔/引流管有介質向外泄漏。

（2）穿地閥內漏，表現為穿地閥關閉后，閥門出口端有介質泄漏，通道密封失效會導致內漏發生。

1.2 驅動失效

穿地閥根據驅動方式分為手動穿地閥和氣動穿地閥。穿地閥主要由閥體、套管組件、壓緊套組件、傳動桿組件、壓緊蓋組件、執行機構（手動/氣動）等組成。執行機構通過帶動傳動桿部件沿閥座軸線上下直行程移動關閉件（波紋管組件中的閥瓣）實現閥門的開啟和關閉。在閥門開啟和關閉過程中，驅動失效的表現形式主要有以下兩種：

（1）通過手動裝置操作穿地閥啟閉時，手輪操作異常，甚至無法旋轉手輪來實現閥門的啟閉功能。

（2）通過氣動裝置操作穿地閥啟閉時，氣動裝置出現不動作、動作過慢或動作顫抖等現象。

2 穿地閥常見故障原因分析

2.1 密封失效原因分析

2.1.1 密封面損傷引起的密封失效

（1）密封面機械損傷。人為操作不當會造成密封面機械損傷。若檢修過程中拆裝順序錯誤，主要表現為拆除傳動桿連接件之前已將壓緊蓋緊定螺釘拆除，或在安裝傳動桿連接件之前未將雙蓋緊定螺釘預緊。因此，在緊固傳動桿連接件時會導致體蓋密封面之間相對旋轉，密封面產生劃痕導致體蓋密封失效。對于通道密封，密封面損壞主要是由于管道或閥腔內有殘余鐵渣等堅硬異物，當閥門需要關閉時，若這些堅硬異物夾雜在閥瓣密封面與閥座密封面之間，在執行裝置驅動力的作用下擠壓損傷密封面，從而導致密封失效。

（2）密封面熱損傷。熱損傷是指密封面因過熱而引起熱裂或永久變形，由于穿地閥通道密封有軟密封結構，若在穿地閥與管道焊接時，未采取控溫措施，或在閥門運行過程中，運行溫度高于密封件材料的使用溫度，都會導致密封面產生熱損傷，從而引起密封失效。

2.1.2 密封力不足引起的密封失效

（1）緊定螺釘的頂緊力不夠引起的外漏。穿地閥體蓋密封的密封力由閥門上端壓緊蓋的4 個緊定螺釘（圖1）的頂緊力提供，導致頂緊力不夠有兩個原因，一是緊定螺釘松弛引起的，由于穿地閥結構復雜，外形特殊，在運輸和安裝過程中可能導致緊定螺釘松弛，在試運行之前未進行緊定螺釘預緊力矩的檢查，導致密封力不足，最終引起外漏；二是閥門超壓運行引起的，根據密封機理可知，體蓋密封力與介質靜壓力相關，體蓋所需密封力隨介質壓力的增大而增大，當工況異常、出現管道系統超壓時，會存在超過最大許用密封力的可能性，從而導致介質外漏。

（2）執行機構驅動力不夠引起的內漏。穿地閥通道密封的密封力由執行機構提供，對于手動穿地閥來說，施加在手輪上的操作力不夠會引起閥門內漏；對于氣動穿地閥來說，由于氣源壓力不足、氣缸和氣路漏氣等導致驅動力不夠從而引起閥門內漏。

2.1.3 波紋管損傷引起的內漏

穿地閥波紋管一端焊接在閥桿上，另一端焊接在閥蓋上，使閥腔內介質和外界之間形成一個金屬波紋管屏障，一旦這道金屬屏障破裂，會導致波紋管密封失效從而引起介質外漏。

（1）當閥腔或介質中有堅硬異物時，異物附著于波紋管表面，在穿地閥在開關過程中，波紋管波與波之間的堅硬異物因波紋管伸縮而擠壓形成凹坑、穿孔等物理破壞，造成波紋管密封失效。

（2）當工況異常，使波紋管的運行壓力超過波紋管設計壓力極限值，瞬間的過載導致波紋管外圓弧處產生韌性斷裂損壞，造成波紋管密封失效。

2.2 驅動失效原因分析

對于手動穿地閥，通過旋轉手動裝置手輪啟閉閥門時，發現手輪操作異常，甚至無法旋轉手輪實現閥門啟閉，主要原因是穿地閥啟閉傳動件出現卡滯現象，由于穿地閥結構復雜，各傳動運動件之間的連接分別采用了鋼球連接、銷連接、法蘭連接以及哈夫連接，其中任何一個出現故障都有可能導致閥門啟閉時卡阻，從而引起手輪轉不動。

對于氣動穿地閥，氣源以及信號是閥門順利運行的前提和基礎。當氣源未開或者無信號時，通過氣動裝置操作穿地閥啟閉時，氣動裝置會出現不動作；當氣源和信號正常，閥門運動件卡阻，氣動裝置同樣會出現不動作，還有可能出現動作過慢或者動作顫抖等爬行現象；當氣源壓力過低、氣缸漏氣、進出口氣路漏氣或堵塞時，氣動裝置裝由于驅動力不足產生不動作或爬行現象。

3 穿地閥常見故障處理措施

3.1 預防性措施

預防性措施是保證穿地閥安全運行的關鍵，可避免很多常見故障。穿地閥的安裝質量直接影響其使用效果，預防性措施需嚴格按照安裝技術要求和運行維修手冊進行安裝前的檢查、安裝時的防護，安裝后的維護保養。

3.1.1 安裝前

安裝前對穿地閥進行全面檢查，需確認閥門零部件完整，內腔干燥，配套文件齊全，還應檢查連接螺栓和壓緊蓋頂緊螺釘是否松弛。

3.1.2 安裝時

安裝時必須對穿地閥做好防護，防止在轉運和土建澆灌過程中混凝土、沙石、水等污物進入閥門內腔，以保護閥門零部件在施工中損傷，土建澆灌結束后，閥門與管道焊接之前對閥門做單體密封試驗和動作性能試驗，試驗合格后再進行焊接，焊接后要及時清理閥內腔和管道，防止焊渣、雜物堵塞或劃傷閥門密封面。

3.1.3 安裝后

穿地閥門安裝后參與系統吹掃時，吹掃壓力不能高于穿地閥的設計壓力；在穿地閥使用過程中，閥門的運行壓力不能高于閥門的設計壓力，并定期檢查維護，檢查氣裝易損件磨損情況、氣缸和氣路是否漏氣、密封面磨損情況以及波紋管是否有損壞，出現故障應及時處理。

3.2 故障處理措施

3.2.1 密封失效

當發現閥體引流孔/引流管有介質泄漏，若是由于體蓋密封力不足引起的，均勻增加壓緊蓋緊定螺釘預緊力矩，故障即可消除。如果增加緊定螺釘扭矩后仍不能起到密封作用，需抽芯檢查密封面和波紋管情況，若是體蓋密封面損傷，視情況清理和修復密封面或更換閥內組件。若是波紋管破裂，通過更換波紋管組件消除故障。

當穿地閥關閉后，閥門出口端有介質泄漏，若是通道密封力不足引起的，可適當加大手輪操作力，故障即可消除。如果加大手輪操作力后通道密封處仍不能實現密封，需抽芯檢查閥體和閥瓣的密封面情況，若是閥體或閥瓣密封面損傷，視情況清理和修復密封面或更換閥內組件消除故障。

3.2.2 驅動失效

當用手動裝置的手輪操作穿地閥啟閉時，發現手輪操作力增大、甚至無法旋轉手輪，首先拆除手動裝置，檢查手動裝置驅動桿是否發生變形，如果驅動桿出現彎曲變形，則會導致驅動桿與閥桿螺母不同軸而引起卡死，需修復驅動桿使其與閥桿螺母同軸，即可消除故障。如果手動裝置檢查情況正常，則需進一步抽取閥內組件，檢查傳動桿和壓緊套等零件是否正常，若出現變形，視情況修復或更換閥內組件。

當通過氣動裝置操作穿地閥啟閉時，發現氣動裝置不動作、動作過慢或動作顫抖等故障，處理措施見表1。

表1 氣動裝置常見故障處理措施

3.3 注意事項

（1）穿地閥在拆解抽芯前，必須對閥門驅動裝置周邊做好清理及防護，避免粉塵異物進入閥腔內。

（2）對于放化安全級穿地閥和有特殊要求的非放化安全級穿地閥，其內部零件更換需借助專用的特殊容器和工具進行更換。

（3）對于不宜采用專用特殊容器進行更換的穿地閥，需要維修更換內部零件時，必須經過相關方批準，并做好輻射防護措施進行人工等方式更換。

4 結束語

穿地閥在核化工乏燃料后處理工藝系統中發揮著關鍵的作用，在使用過程中，如果出現故障不進行及時處理可能引發嚴重的安全事故，因此，當穿地閥出現故障后，針對故障進行原因分析，并采用合適的處理方法消除故障，避免發生安全事故。本文分析了穿地閥常見故障的成因，并提出相應的處理措施，以及在處理過程中需注意的事項，供從事核化工領域的運維及工程技術人員參考。