高溫高壓閥門(mén)柔性石墨環(huán)改造

席原魁　唐和平　席洋洋

摘 要：通過(guò)對(duì)柔性石墨環(huán)用在高溫高壓閥門(mén)盤(pán)根填料時(shí)，截面結(jié)構(gòu)的分析和實(shí)施探索，創(chuàng)造地將楔形式“V”型柔性石墨環(huán)反“V”面夾角由120°改為125°，正“V”面夾角仍保留為120°的改造，不僅保證了石墨環(huán)的密封效果，而且大大延長(zhǎng)了柔性石墨環(huán)的使用壽命。

關(guān)鍵詞：柔性石墨環(huán)；閥桿；閥門(mén)填料函；改造

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0114-02

Abstract： Through the analysis and exploration of the cross section structure of flexible graphite ring used in packing of high temperature and high pressure valve， the angle of reverse "V" plane of "V" flexible graphite ring with wedge form is changed from 120°to 125°. The modification of the angle of the positive "V" plane is still kept at 120°. The sealing effect of the graphite ring is ensured and the service life of the flexible graphite ring is greatly prolonged.

Keywords： flexible graphite ring； valve stem； valve stuffing box； modification

由于柔性石墨環(huán)具有自潤(rùn)滑性好、回彈系數(shù)高，即使在較苛刻的高溫條件下，其化學(xué)性能也十分穩(wěn)定的性點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高溫高壓閥門(mén)作盤(pán)根填料使用。

1 常用柔性石墨環(huán)的現(xiàn)狀

柔性石墨環(huán)是采用柔性石墨帶或柔性石墨編制的填料，經(jīng)模壓制成不同尺寸的環(huán)狀產(chǎn)品，一般每圈都有一縱向或徑向45°開(kāi)口。安裝時(shí)首先將第一圈通過(guò)開(kāi)口套在閥桿上，用一個(gè)剖分的圓筒體或壓緊工具均勻地將它壓到閥門(mén)填料函的底部。石墨環(huán)要按順序裝入，并使其相鄰兩層開(kāi)口依次相錯(cuò)90°或120°，每層都按上述方法壓緊后，最后通過(guò)旋緊填料壓蓋螺母，壓緊填料壓蓋，再將壓蓋螺母退出半圈即可。柔性石墨環(huán)的橫截面形式一般為方形和楔形式“V”型兩種，它們常用于高溫高壓閥門(mén)。

漳澤發(fā)電廠#3～6機(jī)組為4×210MW全套蘇聯(lián)進(jìn)口的高溫高壓機(jī)組，配套鍋爐給水管道工作壓力為16～18MP，工作溫度242℃，每臺(tái)鍋爐主給水管道安裝有1臺(tái)DN250電動(dòng)閘閥和1臺(tái)DN250閘板式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，主給水旁路管道安裝有1臺(tái)DN100電動(dòng)閘閥和1臺(tái)DN100閘板式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，所有高溫高壓閥門(mén)盤(pán)根填料均為石棉制品。自#3機(jī)組于1989年12月、#4機(jī)組于1990年10月、#5機(jī)組于1991年1月、#6機(jī)組于1991年7月投產(chǎn)以來(lái)，由于其閥門(mén)石棉盤(pán)根制品在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)的可能存在問(wèn)題，造成在機(jī)組投產(chǎn)后閥門(mén)盤(pán)根泄漏事件時(shí)有發(fā)生。為此，從1994年開(kāi)始，為了減少主要閥門(mén)盤(pán)根泄漏造成機(jī)組停運(yùn)，先后用三年時(shí)間，對(duì)原產(chǎn)自蘇聯(lián)“塔干羅格”制造廠的 En-670-13.8-545KT型鍋爐，所配套的主給水電動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥石棉盤(pán)根進(jìn)行了柔性石墨環(huán)改造。

2 存在的問(wèn)題

橫截面為方形的柔性石墨環(huán)，其密封的原理是通過(guò)填料壓蓋壓緊石墨環(huán)使其內(nèi)徑縱面受徑向壓力微向外變形填充與閥桿間的微小間隙，以達(dá)到閥桿密封的效果。橫截面為楔形式“V”型的柔性石墨環(huán)，一般由一個(gè)高壓端“凹”型石墨環(huán)和中間多層“V”型石墨環(huán)及低壓端楔形石墨環(huán)組合而成，其密封原理是在上述截面為方形柔性石墨環(huán)的基礎(chǔ)上，使中間每層“V”型石墨環(huán)增加了向上120°分力，使中間每層“V”型石墨環(huán)碗沿更容易填充與閥桿間的微小間隙，且對(duì)后續(xù)再次通過(guò)復(fù)緊填料壓蓋螺母延長(zhǎng)石墨環(huán)密留有余地，但在實(shí)際使用以上兩種柔性石墨環(huán)是很不理想的。存在的主要問(wèn)題如下：

（1）截面為方形的柔性石墨環(huán)，由于是把大量的薄片狀石墨迭加到要求的厚度，然后進(jìn)行壓縮，迫使其緊緊地層壓在一起而制成的[2]，在實(shí)際使用中，石墨環(huán)內(nèi)徑縱面膨脹量受縱向面積較大影響，石墨環(huán)滲漏率很高，通過(guò)增加復(fù)緊填料壓蓋螺母次數(shù)，只能短期降低石墨環(huán)滲漏率，且其45°開(kāi)口處，受填料壓蓋縱向緊力作用，也容易“脹口”形成徑向泄漏通道。通過(guò)拆開(kāi)閥門(mén)，對(duì)石墨環(huán)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)閥門(mén)填料函內(nèi)所有石墨環(huán)，已被壓緊為一個(gè)毫無(wú)彈性的僵硬的整體。

（2）截面型式為楔形式“V”型的柔性石墨環(huán)組，是用石墨帶通過(guò)繞在與閥桿直徑相同的圓棒上，再通過(guò)環(huán)狀“V”型模具縱向壓制而成的[2]，每個(gè)“V”型石墨環(huán)上下凹凸斜面夾角均為120°，在實(shí)際使用中，石墨環(huán)內(nèi)徑縱面膨脹量受“V”型分力作用，石墨環(huán)滲漏率較截面為方形的石墨環(huán)效果稍好，通過(guò)增加復(fù)緊填料壓蓋螺母延長(zhǎng)石墨環(huán)密封的復(fù)緊次數(shù)，較截面為方形的石墨環(huán)多1～2次，但由于其45°開(kāi)口的存在，也存在“脹口”形成徑向泄漏通道的弊端。通過(guò)拆開(kāi)閥門(mén)，對(duì)石墨環(huán)檢驗(yàn)，出現(xiàn)和上述截面為方形的石墨環(huán)同樣的被壓緊為一個(gè)毫無(wú)彈性的僵硬的整體的問(wèn)題。

1994年，漳澤發(fā)電廠開(kāi)始對(duì)原產(chǎn)自蘇聯(lián)的鍋爐所配套的主給水電動(dòng)閥和調(diào)節(jié)閥石棉盤(pán)根進(jìn)行柔性石墨環(huán)改造。開(kāi)始先將原石棉盤(pán)根更換為截面為方形的柔性石墨環(huán)，但經(jīng)過(guò)一年時(shí)間的使用，#3～6鍋爐共計(jì)6個(gè)主給水閥、6個(gè)主給水調(diào)節(jié)閥，出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥盤(pán)根泄漏8次（經(jīng)多次復(fù)緊填料壓蓋螺母，仍泄漏5次），電動(dòng)閥盤(pán)根泄漏5次（經(jīng)多次復(fù)緊填料壓蓋螺母，仍泄漏3次）。1995年，將上述12個(gè)閥門(mén)柔性石墨由截面為方形，更換為截面為楔形式“V”型的柔性石墨環(huán)，但經(jīng)過(guò)一年時(shí)間的使用，還出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥盤(pán)根泄漏6次（經(jīng)多次復(fù)緊填料壓蓋螺母，仍泄漏3次），電動(dòng)閥盤(pán)根泄漏4次（經(jīng)多次復(fù)緊填料壓蓋螺母，仍泄漏2次），效果稍好于截面為方形的柔性石墨環(huán)。

3 原因分析

（1）截面為方形的柔性石墨環(huán)，雖然能通過(guò)壓緊填料壓蓋使石墨環(huán)內(nèi)徑縱面向外變形填充與閥桿間的微小間隙，達(dá)到閥桿密封的效果，但是受閥桿相對(duì)磨擦運(yùn)動(dòng)的影響，其閥桿與石墨環(huán)內(nèi)徑很容易出現(xiàn)間隙，而由于截面為方形，再次通過(guò)壓緊填料壓蓋，迫使石墨環(huán)變形量也很有限，其實(shí)此時(shí)的多層石墨環(huán)已被壓緊為一個(gè)無(wú)彈性的僵硬的石墨整體，已無(wú)彈性。實(shí)踐證明，若鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)中閥門(mén)石墨環(huán)出現(xiàn)滲漏，只有待啟動(dòng)達(dá)到熱態(tài)（各部件熱膨脹到位）時(shí)通過(guò)壓緊填料壓蓋減少滲漏，但若熱態(tài)后無(wú)法通過(guò)壓緊填料壓蓋減少滲漏，就只有停止機(jī)組啟動(dòng)，重新更換閥門(mén)石墨環(huán)了。漳澤電廠1994年發(fā)生的8次主給水閥門(mén)石墨環(huán)泄漏，就屬于這種原因所致。

（2）截面為楔形式“V”型的柔性石墨環(huán)，由于上下層“V”型角度均為120°，正“V”面與反“V”面相疊只是增加了石墨環(huán)層間接觸面積，當(dāng)通過(guò)壓緊填料壓蓋，迫使石墨環(huán)變形時(shí)，首先是通過(guò)“V”型碗沿向外膨脹達(dá)到與閥桿密封的效果。當(dāng)閥桿與石墨環(huán)間出現(xiàn)間隙滲漏時(shí)，再通過(guò)壓緊填料壓蓋，迫使石墨環(huán)內(nèi)徑縱面受徑向壓力微向外變形填充與閥桿間的微小間隙，延長(zhǎng)閥桿密封的效果，但較截面為方形的石墨環(huán)多復(fù)緊1-2次后，仍出現(xiàn)石墨環(huán)變形量有限，此時(shí)的多層石墨環(huán)已被壓緊為一個(gè)無(wú)彈性的僵硬的石墨整體，再無(wú)彈性。漳澤電廠1995年發(fā)生的5次主給水閥門(mén)石墨環(huán)泄漏，就屬于這種原因所致，其中有一次為其45°開(kāi)口處，出現(xiàn)徑向泄漏，損傷閥門(mén)填料函內(nèi)壁，造成閥門(mén)石墨環(huán)泄漏，而被迫停機(jī)處理。

4 改進(jìn)措施

（1）在截面為楔形式“V”型柔性石墨環(huán)的基礎(chǔ)上，將“V”型柔性石墨環(huán)反“V”面夾角由120°改造為125°，正“V”面夾角仍保留為120°，這樣，當(dāng)正“V”面與反“V”面相疊時(shí)，其接觸層間就留有5°角度差，當(dāng)通過(guò)壓緊填料壓蓋，迫使石墨環(huán)變形時(shí)，首先是通過(guò)“V”型碗沿向外膨脹達(dá)到閥桿密封的效果。當(dāng)閥桿與石墨環(huán)間出現(xiàn)間隙滲漏時(shí)，再次通過(guò)壓緊填料壓蓋，由于上下層間存在5°角度差，其“V”型碗沿仍可向外膨脹達(dá)到閥桿密封的效果，且由于5°角度差的存在，即是滲漏介質(zhì)進(jìn)入層間疏松間隙，由于自宮式密封效果的存在，仍可保證石墨環(huán)的密封效果，大大延長(zhǎng)了閥桿密封效果。

（2）為了提高石墨環(huán)強(qiáng)度，一是取消其45°開(kāi)口；二是在石墨環(huán)內(nèi)部加入304鋼帶、鋼網(wǎng)或鎳鉑等以提高抗壓能力，延長(zhǎng)石墨環(huán)使用壽命。

（3）改變石墨環(huán)安裝方式，在機(jī)組停機(jī)對(duì)閥門(mén)檢修的解體回將時(shí)，一次性將改進(jìn)后的楔形式“V”型柔性石墨環(huán)套件裝入閥門(mén)填料函內(nèi)（由于該石墨環(huán)不存在45°開(kāi)口，安裝效率將大大提高），再通過(guò)旋緊填料壓蓋螺母壓緊填料壓蓋，并退出半圈即可。

5 改造后的效果

1996年通過(guò)將改進(jìn)后的楔形式“V”型柔性石墨環(huán)，在漳澤發(fā)電廠#3～6鍋爐主給水閥門(mén)的使用，全年未發(fā)生因石墨環(huán)泄漏停機(jī)事件，極大提高了石墨環(huán)在火力發(fā)電廠高溫高壓閥門(mén)使用的可靠性。

由于改進(jìn)后的楔形式“V”型柔性石墨環(huán)在漳澤電廠調(diào)節(jié)最頻繁的主給水系統(tǒng)取得成功，從1997年開(kāi)始，漳澤發(fā)電廠分別利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，將其擴(kuò)大至鍋爐事故噴水、事故放水、對(duì)空排汽及機(jī)務(wù)排空、疏水等系統(tǒng)各高溫高壓閥門(mén)，并確保了一個(gè)大修周期內(nèi)未出現(xiàn)過(guò)因石墨環(huán)原因，造成閥門(mén)泄漏事件。

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