核電廠海水系統(tǒng)旋啟式止回閥內(nèi)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(yīng)用于工業(yè)、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)及核能行業(yè)等領(lǐng)域，閥門使用越來越普遍，已經(jīng)成為各行業(yè)中不可缺少的通用機(jī)械設(shè)備，使用量逐漸增多，閥門動(dòng)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(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生內(nèi)漏、外漏、卡澀等異常故障，進(jìn)而影響相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 旋啟式止回閥

1.1 旋啟式止回閥結(jié)構(gòu)

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(guān)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(zhì)倒流時(shí)閥門動(dòng)作遲鈍，有些旋啟式止回閥的閥瓣上設(shè)計(jì)有重錘或彈簧載荷的杠桿[1]。需要注意的是，閥體內(nèi)腔空間要足夠大，保證閥瓣能最大程度地旋啟，閥門達(dá)到全開位置，管道流量達(dá)到最大值。在實(shí)際工作中，旋啟式止回閥在選用時(shí)，還要考慮系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的壓縮性及流體的沖擊力等因素對(duì)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(nèi)介質(zhì)動(dòng)力打開并自動(dòng)回座，防止介質(zhì)倒流，只允許介質(zhì)沿一個(gè)方向流動(dòng)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(dòng)管道上防止介質(zhì)倒流的自動(dòng)閥門。旋啟式止回閥是指閥瓣沿閥體內(nèi)部的銷軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)達(dá)到開啟或關(guān)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(dāng)管道內(nèi)流體按照指定的方向流入時(shí)，閥瓣的進(jìn)口壓力高于出口壓力，此時(shí)閥瓣會(huì)被介質(zhì)推起，離開閥座并繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)某一位置，閥門處于全開狀態(tài)；當(dāng)閥瓣兩側(cè)的壓差減小到一定時(shí)，閥瓣自由下落，從而回到關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)，閥瓣兩側(cè)壓差產(chǎn)生的作用力將閥瓣壓緊在閥座上，導(dǎo)致流體介質(zhì)無法通過，介質(zhì)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(zhì)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(huì)導(dǎo)致旋啟式止回閥開啟不靈敏，無法達(dá)到完全密封，對(duì)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(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)方向應(yīng)該由下而上。

2 內(nèi)漏原因分析

旋啟式止回閥材料大多為雙相不銹鋼，實(shí)際工作中。經(jīng)對(duì)閥門全面解體檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏的直接原因是閥芯一側(cè)的銷軸發(fā)生嚴(yán)重腐蝕（圖2），造成系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)動(dòng)力消失后，閥瓣無法落下與閥座密封面貼合，從而發(fā)生內(nèi)漏現(xiàn)象。

圖2 閥門銷軸腐蝕前后對(duì)比

通過對(duì)比閥門兩側(cè)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(hào)，銷軸一側(cè)腐蝕嚴(yán)重，一側(cè)完好無損，因此初步懷疑銷軸的材料有問題。經(jīng)相關(guān)部門對(duì)材料進(jìn)行分析得知，銷軸材料實(shí)際為馬氏體不銹鋼，且與要求的材料內(nèi)部化學(xué)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(yùn)行，造成電偶腐蝕、縫隙腐蝕等，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏。

表1 銷軸材料成分對(duì)照表 %

3 電偶腐蝕

3.1 電偶腐蝕概念

兩種不同電化學(xué)性質(zhì)的材料與周圍環(huán)境中的介質(zhì)構(gòu)成回路時(shí)，電位較正的金屬腐蝕速度較慢，電位較負(fù)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?yàn)椴煌牧祥g的電位差，電位差是電偶腐蝕的動(dòng)力，電偶腐蝕是一種普遍存在的現(xiàn)象，會(huì)誘導(dǎo)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象，且材料的面積、不同介質(zhì)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(dāng)兩種電位不同的材料A 和B 分別在介質(zhì)中時(shí)，各自發(fā)生腐蝕，反應(yīng)處于活化控制（圖3）。當(dāng)A 和B 在介質(zhì)中直接接觸時(shí)，就會(huì)成為一個(gè)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(zhì)溶液的電阻忽略不計(jì)，此刻就會(huì)有電流產(chǎn)生，方向從陰極流向陽極，兩種材料同時(shí)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(shí)相比，A→Ag 進(jìn)一步加速了陽極材料的溶解，速率增加，腐蝕加??；B→Bg 減緩了陰極材料的溶解，速率減慢，陰極材料被保護(hù)，也就是所謂的陰極保護(hù)效應(yīng)。

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(nèi)介質(zhì)是海水，海水是強(qiáng)電解質(zhì)溶解，使兩種材料偶接，并且隨著系統(tǒng)長期運(yùn)行，閥門開關(guān)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(yán)重，導(dǎo)致閥瓣無法沿銷軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，閥門開關(guān)異常，失去介質(zhì)動(dòng)力后，閥瓣無法落下與閥座密封面貼合而產(chǎn)生內(nèi)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(nèi)漏的旋啟式止回閥進(jìn)行隔離，排盡管道內(nèi)部殘水，對(duì)閥門進(jìn)行解體清洗，并對(duì)銷軸的備品備件材料進(jìn)行成分檢驗(yàn)，確認(rèn)符合系統(tǒng)要求后，更換新的銷軸，回裝閥門進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)內(nèi)漏故障消除。并可通過更換銷軸的材料，升版相應(yīng)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(yán)重腐蝕造成閥門內(nèi)漏而影響相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6 結(jié)論

闡述旋啟式止回閥的結(jié)構(gòu)及基本的工作原理，對(duì)實(shí)際遇到的典型的閥門內(nèi)漏現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析，得出閥門內(nèi)漏的原因是銷軸材料成分不符合相關(guān)要求而發(fā)生了電偶腐蝕，導(dǎo)致閥門發(fā)生內(nèi)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(guān)設(shè)備及系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少日常維修工作量。