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(shí)業(yè)股份有限公司，江蘇蘇州 215129）

0 引言

穿地閥屬于核化工設(shè)備，分為放化安全級(jí)穿地閥（放化1級(jí)、放化2 級(jí)）和非放化安全級(jí)穿地閥。其中，放化1 級(jí)穿地閥是包容大量放射性物質(zhì)且失效會(huì)導(dǎo)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(jí)穿地閥是包容少量放射性物質(zhì)且失效會(huì)導(dǎo)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(jí)閥門是與安全相關(guān)的重要閥門，但其失效不會(huì)使相關(guān)人員所受輻照劑量超過規(guī)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(gè)區(qū)域之間，閥體位于屏蔽層下面放射性較高區(qū)域的設(shè)備室里，其兩端通道與工藝管道對(duì)焊連接，實(shí)現(xiàn)放射性流體介質(zhì)的包容與阻斷。驅(qū)動(dòng)裝置位于屏蔽層上面放射性較低區(qū)域的檢修間內(nèi)，操作人員可進(jìn)入放射性較低區(qū)域進(jìn)行安全控制和操作。

穿地閥廣泛應(yīng)用于乏燃料后處理工藝系統(tǒng)中，過流介質(zhì)大多帶有放射性和化學(xué)性，失效將直接影響工藝系統(tǒng)的運(yùn)行與安全。由于穿地閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障因素眾多，通過對(duì)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(tǒng)安全運(yùn)行。

1 穿地閥常見故障

1.1 密封失效

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

圖1 穿地閥結(jié)構(gòu)示意

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

（2）穿地閥內(nèi)漏，表現(xiàn)為穿地閥關(guān)閉后，閥門出口端有介質(zhì)泄漏，通道密封失效會(huì)導(dǎo)致內(nèi)漏發(fā)生。

1.2 驅(qū)動(dòng)失效

穿地閥根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式分為手動(dòng)穿地閥和氣動(dòng)穿地閥。穿地閥主要由閥體、套管組件、壓緊套組件、傳動(dòng)桿組件、壓緊蓋組件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手動(dòng)/氣動(dòng)）等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過帶動(dòng)傳動(dòng)桿部件沿閥座軸線上下直行程移動(dòng)關(guān)閉件（波紋管組件中的閥瓣）實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。在閥門開啟和關(guān)閉過程中，驅(qū)動(dòng)失效的表現(xiàn)形式主要有以下兩種：

（1）通過手動(dòng)裝置操作穿地閥啟閉時(shí)，手輪操作異常，甚至無法旋轉(zhuǎn)手輪來實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉功能。

（2）通過氣動(dòng)裝置操作穿地閥啟閉時(shí)，氣動(dòng)裝置出現(xiàn)不動(dòng)作、動(dòng)作過慢或動(dòng)作顫抖等現(xiàn)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(jī)械損傷。人為操作不當(dāng)會(huì)造成密封面機(jī)械損傷。若檢修過程中拆裝順序錯(cuò)誤，主要表現(xiàn)為拆除傳動(dòng)桿連接件之前已將壓緊蓋緊定螺釘拆除，或在安裝傳動(dòng)桿連接件之前未將雙蓋緊定螺釘預(yù)緊。因此，在緊固傳動(dòng)桿連接件時(shí)會(huì)導(dǎo)致體蓋密封面之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)，密封面產(chǎn)生劃痕導(dǎo)致體蓋密封失效。對(duì)于通道密封，密封面損壞主要是由于管道或閥腔內(nèi)有殘余鐵渣等堅(jiān)硬異物，當(dāng)閥門需要關(guān)閉時(shí)，若這些堅(jiān)硬異物夾雜在閥瓣密封面與閥座密封面之間，在執(zhí)行裝置驅(qū)動(dòng)力的作用下擠壓損傷密封面，從而導(dǎo)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(jié)構(gòu)，若在穿地閥與管道焊接時(shí)，未采取控溫措施，或在閥門運(yùn)行過程中，運(yùn)行溫度高于密封件材料的使用溫度，都會(huì)導(dǎo)致密封面產(chǎn)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?shù)捻斁o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(gè)緊定螺釘（圖1）的頂緊力提供，導(dǎo)致頂緊力不夠有兩個(gè)原因，一是緊定螺釘松弛引起的，由于穿地閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形特殊，在運(yùn)輸和安裝過程中可能導(dǎo)致緊定螺釘松弛，在試運(yùn)行之前未進(jìn)行緊定螺釘預(yù)緊力矩的檢查，導(dǎo)致密封力不足，最終引起外漏；二是閥門超壓運(yùn)行引起的，根據(jù)密封機(jī)理可知，體蓋密封力與介質(zhì)靜壓力相關(guān)，體蓋所需密封力隨介質(zhì)壓力的增大而增大，當(dāng)工況異常、出現(xiàn)管道系統(tǒng)超壓時(shí)，會(huì)存在超過最大許用密封力的可能性，從而導(dǎo)致介質(zhì)外漏。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力不夠引起的內(nèi)漏。穿地閥通道密封的密封力由執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供，對(duì)于手動(dòng)穿地閥來說，施加在手輪上的操作力不夠會(huì)引起閥門內(nèi)漏；對(duì)于氣動(dòng)穿地閥來說，由于氣源壓力不足、氣缸和氣路漏氣等導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力不夠從而引起閥門內(nèi)漏。

2.1.3 波紋管損傷引起的內(nèi)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(nèi)介質(zhì)和外界之間形成一個(gè)金屬波紋管屏障，一旦這道金屬屏障破裂，會(huì)導(dǎo)致波紋管密封失效從而引起介質(zhì)外漏。

（1）當(dāng)閥腔或介質(zhì)中有堅(jiān)硬異物時(shí)，異物附著于波紋管表面，在穿地閥在開關(guān)過程中，波紋管波與波之間的堅(jiān)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(dāng)工況異常，使波紋管的運(yùn)行壓力超過波紋管設(shè)計(jì)壓力極限值，瞬間的過載導(dǎo)致波紋管外圓弧處產(chǎn)生韌性斷裂損壞，造成波紋管密封失效。

2.2 驅(qū)動(dòng)失效原因分析

對(duì)于手動(dòng)穿地閥，通過旋轉(zhuǎn)手動(dòng)裝置手輪啟閉閥門時(shí)，發(fā)現(xiàn)手輪操作異常，甚至無法旋轉(zhuǎn)手輪實(shí)現(xiàn)閥門啟閉，主要原因是穿地閥啟閉傳動(dòng)件出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，由于穿地閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(gè)出現(xiàn)故障都有可能導(dǎo)致閥門啟閉時(shí)卡阻，從而引起手輪轉(zhuǎn)不動(dòng)。

對(duì)于氣動(dòng)穿地閥，氣源以及信號(hào)是閥門順利運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)氣源未開或者無信號(hào)時(shí)，通過氣動(dòng)裝置操作穿地閥啟閉時(shí)，氣動(dòng)裝置會(huì)出現(xiàn)不動(dòng)作；當(dāng)氣源和信號(hào)正常，閥門運(yùn)動(dòng)件卡阻，氣動(dòng)裝置同樣會(huì)出現(xiàn)不動(dòng)作，還有可能出現(xiàn)動(dòng)作過慢或者動(dòng)作顫抖等爬行現(xiàn)象；當(dāng)氣源壓力過低、氣缸漏氣、進(jìn)出口氣路漏氣或堵塞時(shí)，氣動(dòng)裝置裝由于驅(qū)動(dòng)力不足產(chǎn)生不動(dòng)作或爬行現(xiàn)象。

3 穿地閥常見故障處理措施

3.1 預(yù)防性措施

預(yù)防性措施是保證穿地閥安全運(yùn)行的關(guān)鍵，可避免很多常見故障。穿地閥的安裝質(zhì)量直接影響其使用效果，預(yù)防性措施需嚴(yán)格按照安裝技術(shù)要求和運(yùn)行維修手冊(cè)進(jìn)行安裝前的檢查、安裝時(shí)的防護(hù)，安裝后的維護(hù)保養(yǎng)。

3.1.1 安裝前

安裝前對(duì)穿地閥進(jìn)行全面檢查，需確認(rèn)閥門零部件完整，內(nèi)腔干燥，配套文件齊全，還應(yīng)檢查連接螺栓和壓緊蓋頂緊螺釘是否松弛。

3.1.2 安裝時(shí)

安裝時(shí)必須對(duì)穿地閥做好防護(hù)，防止在轉(zhuǎn)運(yùn)和土建澆灌過程中混凝土、沙石、水等污物進(jìn)入閥門內(nèi)腔，以保護(hù)閥門零部件在施工中損傷，土建澆灌結(jié)束后，閥門與管道焊接之前對(duì)閥門做單體密封試驗(yàn)和動(dòng)作性能試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后再進(jìn)行焊接，焊接后要及時(shí)清理閥內(nèi)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(tǒng)吹掃時(shí)，吹掃壓力不能高于穿地閥的設(shè)計(jì)壓力；在穿地閥使用過程中，閥門的運(yùn)行壓力不能高于閥門的設(shè)計(jì)壓力，并定期檢查維護(hù)，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(xiàn)故障應(yīng)及時(shí)處理。

3.2 故障處理措施

3.2.1 密封失效

當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥體引流孔/引流管有介質(zhì)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(yù)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(fù)密封面或更換閥內(nèi)組件。若是波紋管破裂，通過更換波紋管組件消除故障。

當(dāng)穿地閥關(guān)閉后，閥門出口端有介質(zhì)泄漏，若是通道密封力不足引起的，可適當(dāng)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(shí)現(xiàn)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(fù)密封面或更換閥內(nèi)組件消除故障。

3.2.2 驅(qū)動(dòng)失效

當(dāng)用手動(dòng)裝置的手輪操作穿地閥啟閉時(shí)，發(fā)現(xiàn)手輪操作力增大、甚至無法旋轉(zhuǎn)手輪，首先拆除手動(dòng)裝置，檢查手動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)桿是否發(fā)生變形，如果驅(qū)動(dòng)桿出現(xiàn)彎曲變形，則會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)桿與閥桿螺母不同軸而引起卡死，需修復(fù)驅(qū)動(dòng)桿使其與閥桿螺母同軸，即可消除故障。如果手動(dòng)裝置檢查情況正常，則需進(jìn)一步抽取閥內(nèi)組件，檢查傳動(dòng)桿和壓緊套等零件是否正常，若出現(xiàn)變形，視情況修復(fù)或更換閥內(nèi)組件。

當(dāng)通過氣動(dòng)裝置操作穿地閥啟閉時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣動(dòng)裝置不動(dòng)作、動(dòng)作過慢或動(dòng)作顫抖等故障，處理措施見表1。

表1 氣動(dòng)裝置常見故障處理措施

3.3 注意事項(xiàng)

（1）穿地閥在拆解抽芯前，必須對(duì)閥門驅(qū)動(dòng)裝置周邊做好清理及防護(hù)，避免粉塵異物進(jìn)入閥腔內(nèi)。

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

（3）對(duì)于不宜采用專用特殊容器進(jìn)行更換的穿地閥，需要維修更換內(nèi)部零件時(shí)，必須經(jīng)過相關(guān)方批準(zhǔn)，并做好輻射防護(hù)措施進(jìn)行人工等方式更換。

4 結(jié)束語

穿地閥在核化工乏燃料后處理工藝系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，在使用過程中，如果出現(xiàn)故障不進(jìn)行及時(shí)處理可能引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，因此，當(dāng)穿地閥出現(xiàn)故障后，針對(duì)故障進(jìn)行原因分析，并采用合適的處理方法消除故障，避免發(fā)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(yīng)的處理措施，以及在處理過程中需注意的事項(xiàng)，供從事核化工領(lǐng)域的運(yùn)維及工程技術(shù)人員參考。