旋啟式止回閥的低壓密封性標(biāo)準(zhǔn)分析

蔡龍?chǎng)?/p>

（三門(mén)核電有限公司，臺(tái)州 317112）

1 某核電機(jī)組4 個(gè)旋啟式止回閥出現(xiàn)反向泄漏的問(wèn)題處理

2016 年10 月，某核電機(jī)組在熱態(tài)試驗(yàn)中，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的4 個(gè)旋啟式止回閥存在反向泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致化學(xué)和容積控制系統(tǒng)補(bǔ)水泵在停泵后4 個(gè)止回閥無(wú)法回座。

設(shè)計(jì)管理部門(mén)介入問(wèn)題處理后，首先發(fā)函請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方（某美國(guó)公司）在設(shè)計(jì)文件中增加低壓工況下的泄漏率要求，但原設(shè)計(jì)方表示旋啟式止回閥并沒(méi)有低壓工況下的泄漏率要求。為了進(jìn)一步解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)管理部門(mén)又協(xié)調(diào)另一家國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院提出低壓密封試驗(yàn)要求。該設(shè)計(jì)院在經(jīng)過(guò)研究后，提出了低壓密封試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力、保壓時(shí)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(jì)管理部門(mén)協(xié)調(diào)設(shè)備采購(gòu)部門(mén)根據(jù)新增低壓密封性要求重新采購(gòu)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(yàn)和運(yùn)行中依然持續(xù)泄漏。2018 年之后，該核電機(jī)組結(jié)合經(jīng)驗(yàn)反饋，逐步將本批次止回閥替換為某國(guó)外廠家生產(chǎn)的進(jìn)口旋啟式止回閥，最終成功解決了問(wèn)題。

2 從旋啟式止回閥原理分析上述問(wèn)題的根本原因

相較于其他類(lèi)型的止回閥，旋啟式止回閥的主要運(yùn)動(dòng)模式是閥瓣圍繞銷(xiāo)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(shì)，因而被廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)給水工藝系統(tǒng)。

由于機(jī)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(zhǎng)期以來(lái)的工業(yè)實(shí)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(duì)低壓工況下的密封性考慮較少。實(shí)際上，從旋啟式止回閥的原理，如果閥瓣強(qiáng)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(yàn)的要求，而低壓工況下的泄漏則是相對(duì)更具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

具體到前述問(wèn)題，原設(shè)計(jì)方在設(shè)計(jì)該閥門(mén)時(shí)遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)是ASME B16.34-1996[1]。閥門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)中規(guī)定閥門(mén)的密封性試驗(yàn)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(kāi)展不少于5min 的密封性試驗(yàn)。但是，對(duì)于低壓差工況下的密封性，設(shè)計(jì)文件中則沒(méi)有涉及。但實(shí)際上，原設(shè)計(jì)方對(duì)于ASME B16.34-1996 的理解不夠透徹，是導(dǎo)致原設(shè)計(jì)方認(rèn)為對(duì)旋啟式止回閥并沒(méi)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

3.1 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系中的要求

在目前的國(guó)標(biāo)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(mén) 壓力試驗(yàn)》[3]。GB/T 13932—2016 第5.2 節(jié)“壓力試驗(yàn)”中規(guī)定，止回閥的殼體強(qiáng)度試驗(yàn)和密封性能試驗(yàn)按GB/T 13927—2008 的規(guī)定方法進(jìn)行。在GB/T 13927—2008 第5.3.2 節(jié)表3“密封試驗(yàn)”中明確，止回閥的試驗(yàn)方法是在閥瓣關(guān)閉狀態(tài)封閉止回閥出口端，給閥門(mén)內(nèi)充滿試驗(yàn)介質(zhì)，逐漸加壓到規(guī)定的試驗(yàn)壓力，檢查進(jìn)口端的泄漏情況。所謂的“試驗(yàn)壓力”，根據(jù)GB/T 13927—2008 標(biāo)準(zhǔn)第4.7.3.1 節(jié)的規(guī)定，是指閥門(mén)在20℃時(shí)允許最大工作壓力的1.1 倍。由此可知，在目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)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(yàn)，對(duì)低壓力工況下的密封性沒(méi)有要求。

3.2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系中的要求

在目前的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系中，止回閥相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)包括ASME B16.34-1996、MSS SP-61-2019以及API 598-2016等。以案例中的設(shè)計(jì)文件使用的ASME B16.34-1996 第7.2 節(jié)為例，要求閥門(mén)的密封性試驗(yàn)按照37.8℃下的額定壓力1.1 倍開(kāi)展，但同時(shí)又在注釋中指出密封性試驗(yàn)的要求隨著多種不同應(yīng)用而變化，不在本標(biāo)準(zhǔn)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(mén)的密封性試驗(yàn)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(kāi)展，也就是與ASME B16.34-1996 同樣沒(méi)有低壓差密封試驗(yàn)的要求。但是，在API 598-2016[5]的表1 中，對(duì)于高壓密封試驗(yàn)、低壓密封試驗(yàn)以及上密封試驗(yàn)等進(jìn)行了詳細(xì)劃分，且明確止回閥需要進(jìn)行高壓密封試驗(yàn)。而對(duì)于止回閥，低壓密封試驗(yàn)是可選而非必須的，具體的密封試驗(yàn)壓力要求可根據(jù)表3 按照0.4 ～0.7MPa 開(kāi)展試驗(yàn)。而密封試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間可參考表4，密封試驗(yàn)的最大允許泄漏率可參考表5。

由此可見(jiàn)，在前述問(wèn)題的處理中，原設(shè)計(jì)方對(duì)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(biāo)準(zhǔn)體系中的要求

經(jīng)過(guò)了解，歐洲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該問(wèn)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(yàn)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(yàn)時(shí)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(mén)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(yàn)壓力應(yīng)在0.05MPa以下，其余試驗(yàn)要求等同第5.2.2.1 節(jié)中的規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前述問(wèn)題與標(biāo)準(zhǔn)比較可知，工作人員需要長(zhǎng)期的工業(yè)實(shí)踐并密切關(guān)注用戶的需求，才能及時(shí)解決止回閥的低壓密封性試驗(yàn)問(wèn)題。后續(xù)的止回閥設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，考慮借鑒API 598-2016、EN 1074 等先進(jìn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但需注意，這些標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，有些內(nèi)容甚至互相沖突，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況有選擇性地選用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。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(yàn)裝置，從而進(jìn)一步提升旋啟式止回閥的低壓密封性。