核電站用非核級電動截止閥閥桿扭曲分析與改良

核電站用非核級電動截止閥閥桿扭曲分析與改良介紹了CPR1000核電站小修期間發(fā)生的電動截止閥閥桿扭曲過程和現(xiàn)況，分析了電動截止閥閥桿扭曲的原因，并對閥門參數(shù)及構(gòu)造型式開展調(diào)整和改良，解決了電動截止閥閥桿扭曲問題。1、概述

在某CPR1000核電站小修期間發(fā)現(xiàn)4臺非核級電動截止閥閥桿扭曲，直接導(dǎo)致閥門無法操作，喪失了在管線中關(guān)斷及導(dǎo)通介質(zhì)的功能，從而導(dǎo)致相應(yīng)系統(tǒng)失去部分功能，對核電站正常運行產(chǎn)生一定影響。為便于閥桿扭曲原因分析和防止造成更大損失，及時對閥門前期運行情況開展了解，并對閥門開展拆解。4臺閥門在運行過程中均存在卡塞、填料泄漏的現(xiàn)象，扭曲事件發(fā)生后將閥門拆解，發(fā)現(xiàn)閥桿光桿部分均出現(xiàn)不同程度的磨損。這4臺電動截止閥的型號分別為J961Y160-32/40P(3臺)及J961Y150-50/65P(1臺)，閥門進出口的連接方式均為焊接連接，且電動裝置與閥桿均為四方式連接構(gòu)造。2、原因分析

電動截止閥的構(gòu)造一般包括電動執(zhí)行機構(gòu)、閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣和填料等部件。其中電動執(zhí)行機構(gòu)通過一定的連接方式與閥桿上端連接，并傳遞力矩以并帶動閥桿做上下運動，由于閥桿下端與閥瓣連接，帶動了閥瓣上下運動，從而實現(xiàn)閥門啟閉功能。結(jié)合電動截止閥構(gòu)造特點以及4臺閥門拆解后觀察到的實際狀況，經(jīng)分析認為導(dǎo)致閥桿扭曲故障的可能原因有幾點。

2.1、閥桿材質(zhì)

閥門的閥桿設(shè)計材質(zhì)均為12Cr13，閥桿的原材料應(yīng)符合標準要求。經(jīng)化學(xué)成分分析及力學(xué)性能試驗，真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認為閥桿化學(xué)成分和力學(xué)性能均滿足標準要求。

表1化學(xué)成分Wt%

表2力學(xué)性能N/mm2

2.2、閥門構(gòu)造

目前國內(nèi)成熟電動截止閥的構(gòu)造設(shè)計按電動裝置與閥桿連接方式劃分，主要有夾板式、銷釘式、平鍵式或四方式。

(1)由于其位置布置關(guān)系，夾板式主要用于口徑為DN65以上的閥門。

(2)銷釘式和平鍵式一般用于DN50以下口徑閥門，真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認為銷釘式的銷軸較小，且其位置在閥門支架上，布置的空間也不大，存在剪切破壞的風(fēng)險。

(3)四方式與傳統(tǒng)手動截止閥的構(gòu)造類似，閥桿與閥桿螺母直接配合，電動裝置帶動閥桿螺母旋轉(zhuǎn)，使閥桿作升降且旋轉(zhuǎn)動作。其優(yōu)點是構(gòu)造緊湊，缺點是由于受閥桿與閥蓋安裝間隙機加工的精度以及同軸度等原因的影響，為保證閥蓋密封性能需壓緊填料，因此填料會受閥桿升降和旋轉(zhuǎn)的雙重作用，導(dǎo)致填料與閥桿摩擦力較大。并且，在閥瓣出現(xiàn)卡阻的情況下，閥桿和閥瓣之間可能存在相對轉(zhuǎn)動，并由此可能造成閥桿、閥瓣T形槽配合部位出現(xiàn)磨損。四方式構(gòu)造是廣泛應(yīng)用于電動截止閥的成熟連接構(gòu)造設(shè)計(圖1)。

圖1電動截止閥

2.3、電動裝置

電動截止閥均配套國外IQ系列電動裝置。閥門在設(shè)計計算后參照力矩值選擇合適的電動裝置，其額定力矩依次為81N·m(IQ12)、108N·m(IQ18)。閥門計算力矩為35N·m，選擇額定力矩為81N·m的電動裝置，如果設(shè)定過大電動裝置輸出力矩，則可能會造成閥桿四方根部受力過大，致使閥桿扭曲、甚至斷裂。

在閥門制造及使用過程中，電動裝置力矩設(shè)置過大，可能發(fā)生填料壓蓋緊固力矩過大的情況。

(1)產(chǎn)品出廠時填料壓蓋緊固力矩過大。在開展閥體強度試驗時，為保證中腔的壓力(公稱壓力的1.5倍)，需要用較大的力矩壓緊填料壓蓋。但在閥門上密封試驗時，則需把填料壓蓋緊固螺栓的力矩下調(diào)以驗證閥門上密封。但往往是閥體強度試驗后就直接開始實施上密封試驗，而未按工藝要求下調(diào)填料力矩，導(dǎo)致閥門最終出廠時填料力矩過大，因此需要調(diào)整電動裝置輸出力矩才能開啟。

(2)閥門外漏后上調(diào)填料力矩。運行過程中，旋轉(zhuǎn)升降構(gòu)造容易導(dǎo)致閥門填料處輕微外漏。出現(xiàn)外漏時，通常采取加大填料壓蓋活節(jié)螺栓力矩的方式保證密封。加大緊固力矩會增加閥桿與填料的摩擦力，由于四方構(gòu)造閥桿在上下運動時，同時沿軸向旋轉(zhuǎn)，閥桿與填料將反復(fù)摩擦，造成閥桿光桿處磨損。閥桿磨損又加劇填料處的泄漏，最終必須不斷加大電動裝置輸出力矩以啟閉閥門。

2.4、原因確定

閥門分解后，發(fā)現(xiàn)除了閥桿四方根處扭曲外，4臺閥門的閥桿光桿部分也存在不同程度磨損，同時閥桿與閥瓣T形槽配合部位出現(xiàn)輕微磨損(圖2)。初步判斷，閥桿四方處扭曲的根本原因為受力過大，其主要原因為閥門構(gòu)造設(shè)計不合理，導(dǎo)致閥桿在做升降運動時同時旋轉(zhuǎn)，增大閥桿與調(diào)料摩擦力。另外，產(chǎn)品出廠時填料壓蓋力矩設(shè)置過緊或現(xiàn)場調(diào)整力矩不合理，導(dǎo)致電動裝置輸出力矩增大。

圖2四方式連接構(gòu)造3、結(jié)果驗證

根據(jù)分析結(jié)果及時制定了糾正措施，并取得相應(yīng)效果。

3.1、量化力矩值

與供給商澄清電動裝置力矩值，并固化指導(dǎo)性文件，現(xiàn)場在運行過程中嚴格執(zhí)行。

(1)J961Y160-DN32/40填料緊固力矩允許調(diào)整范圍為13.3～17.5N·m，電動裝置調(diào)定力矩允許調(diào)整范圍為32.4～48.6N·m(額定力矩81N·m的40%～60%)。

(2)J961Y160-DN50/65填料緊固力矩允許調(diào)整范圍為15.4～20.3N·m，電裝調(diào)定力矩允許調(diào)整范圍為70.2～81N·m(額定力矩108N·m的65%～75%)。

3.2、優(yōu)化構(gòu)造

(1)調(diào)整電動裝置與閥桿的連接方式，新的構(gòu)造將采用導(dǎo)向鍵連接(圖4)，閥桿只升降不旋轉(zhuǎn)。僅需將閥門上部支架、閥桿、閥桿螺母等開展改造或更換，支架上部接盤處增加注潤滑油嘴，該改造可以在線實施。

(2)新構(gòu)造的閥門送到第3方泵閥產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)視檢驗中心開展1500次帶壓壽命試驗，結(jié)果合格。

(3)在同型號閥門的運行維護手冊、圖紙中重新核實并明確填料壓蓋螺栓擰緊力矩值及范圍，并增加對電動裝置力矩設(shè)置、調(diào)整范圍的詳細描述。

3.3、排查及處理

(1)對不同核電站項目同類閥門開展全面排查，共排查出14臺問題閥門。型號分別為J961Y150-32/40P、J961Y150-50/65P、J961Y50-40/50P，閥桿與電動裝置連接構(gòu)造均為四方式。

(2)針對以上類型閥門全部實施優(yōu)化改良，規(guī)范文件，優(yōu)化閥門構(gòu)造。

3.4、處理結(jié)果

閥桿扭曲事件按上述措施處理后，目前該核電站有多臺機組已商運或具備商運條件，改造后的同型號閥門使用效果良好。并且其他型號的閥門出現(xiàn)類似問題時，借