球阀工作密封投退问题的分析与处理

2016-05-09吴金荣王珺

综合智慧能源 2016年1期

关键词：球阀密封设计

吴金荣，王珺

(闽东水电开发有限公司，福建宁德　352100)

球阀工作密封投退问题的分析与处理

吴金荣，王珺

(闽东水电开发有限公司，福建宁德352100)

摘要:福建穆阳溪周宁水电站安装2台直径?1720 mm球阀，#2球阀刚投入时整体运行状况良好，后期出现影响自动开机的工作密封投退问题。经过分析，原因主要为密封损坏及先天设计不足。修改#2机组球阀开启流程，更换了新的D型密封，重新设计整套D型密封盘根，实施后未再出现类似问题。

关键词:球阀;密封;投退;设计

1　设备简介

福建省穆阳溪周宁水电站是穆阳溪梯级的核心电站，总装机容量为2×125 MW，年发电量达6.58 GW·h，在福建省电网中承担调峰和补偿任务。#1，#2机组分别于2005年4月18日、4月15日正式投入商业运行，而#1，#2球阀于2004年5月已投入运行。球阀安装于蜗壳前，上游侧设有检修密封，下游侧设有工作密封，如图1所示。周宁水电站是全国有名的水头在400 m以上的高水头电站，电站开机前先开球阀，停机后再关球阀，除检修时投入检修密封外，每次停机关闭球阀时只需投入工作密封。

图1　部分球阀总装配

2　球阀基本参数

球阀型号为QF440－WY－172，控制柜型号为QKG－6.4/40，其他参数见表1

表1　球阀基本参数

3　球阀工作密封无法退出原因分析及处理

3.1原因分析

自2007年以来，#2机组偶尔会出现球阀工作密封不能自动退出，影响正常开机的情况。2007年11月机组小修后，在开机过程中经常出现球阀工作密封无法自动退出的故障。经检查发现，工作密封无法自动退出时，球阀控制柜内退出工作密封的HV10液动阀却已开启，排水管有水流排出，HV10液动阀本体有持续水流声音，工作密封投入腔压力仍未下降。对球阀工作密封投入腔进行排水后，工作密封能正常退出，HV10液动阀本体持续水流声音消失。

2008年春节前，针对上述现象，现场人员依照图纸(部分球阀机械液压系统如图2所示)将所有可能的原因排查一遍，如更换HV10液动阀及SV08电磁阀，清洗所有操作水路、油路、液压模块及工作密封投入腔，将SV08电磁阀电气回路甩开进行手动退工作密封，但仍不能解决问题。判断造成工作密封无法自动退出的原因可能是投入腔(图2中517对应腔)与排污腔(图2中518对应腔)之间密封不良引起，提出综合意见为结合机组小修机会，拆除工作密封，进行全面检查。

图2　部分球阀机械液压系统

在该水电站运行管控模式改变前，地下厂房有人值守，一旦发现球阀工作密封无法自动退出而影响机组自动开机时，值守人员马上赶到球阀现场对投入腔进行排水，工作密封退出后开机流程会继续自动执行。但自2008年1月1日运行管控模式改变后，地下厂房不再安排人员值守，若出现类似现象，运行人员从中央控制室赶到球阀现场需要花费5 min以上，有可能造成开机不及时。面对此问题，技术人员开展进一步深入分析，得出结论为:工作密封投入腔与球阀下游侧水已相通，发生相通有3种可能。

(1)工作密封止漏环最后1道D型密封遭沙子等异物损坏。

(2)工作密封导环与止漏环的密封面遭到沙子等异物破坏造成局部损伤。

(3)设计先天不足。

3种情况都只能待#2机组小修时拆下工作密封，通过更换新的D型密封或修复密封面，才能解决工作密封不能自动退出的问题。

3.2应对措施

技术人员针对工作密封投入腔与球阀下游水相通情况，认真研究设计图纸，结合其他相关的多种球阀设计模式，提出2种处理方案。

3.2.1方案1

方案1与原设计理念显著不同。球阀开启旁通阀至工作密封退出的原设计流程(如图3所示)为: SV06电磁阀动作旁通阀开启，待球阀上、下游水压差达到设定值后，PS503压差控制器动作，电磁阀SV08动作HV10液动阀开启，工作密封自动退出。

修改后的设计流程(对工作密封受力影响最大)为:将退出工作密封流程(SV08电磁阀动作，HV10液动阀开启工作密封退出)移到旁通阀(SV06电磁阀动作)开启之前，待球阀上、下游水压差达到设定值后，PS503压差控制器动作开球阀。该方案已得到厂家设计师确认满足设计要求，运行半年时间不会对工作密封造成影响。

3.2.2方案2

在工作密封投入腔排污管V59排水阀后加装电磁阀，V59阀由常闭变为常开，电磁阀开启加到开阀流程SV08电磁阀(退工作密封)开启之前，延时2 s自动复归。

作为短时间的处理方案，方案1操作简单，在机组小修前修改球阀开启流程，机组小修时检查问题，处理后再将程序恢复即可;方案2需要重新采购能自动控制的小阀门，还要布置自动控制线路，相对繁琐。综合考虑后决定采用方案1，并对方案进行适当完善:修改#2机组球阀开启流程，球阀下游侧未建全压之前，先开旁通阀2 s，然后再退工作密封。

采用方案1运行3个多月后，再次出现类似问题，再次修改球阀开阀流程，将退出工作密封与开启旁通阀同步并列进行。修改球阀开启流程投入运行到年度机组小修前，未再出现过因工作密封不能自动退出而影响开机的情况。

图3　球阀开启程序

结合机组小修时查出问题系工作密封止漏环最后1道D型密封压紧量偏小造成，采取不换工作密封，只更换3道D型密封的措施，换上新密封后测量发现最后1道D型密封压紧量明显增加0.1～0.4 mm，机组小修时做试验及投入运行后工作密封投、退均正常，随后将球阀开启流程修复原状。

4　球阀工作密封无法投到位原因分析及处理

4.1原因分析

机组投入运行11 d，球阀在关闭流程(如图4所示)执行完毕后出现工作密封无法投入到位故障，经现场检查，现象如下。

(1)工作密封在旁通阀打开的情况下能够投入到位，工作密封投入腔水压达到4.3～4.5 MPa。

(2)旁通阀关闭后，工作密封会向下游侧退出1.1 mm左右，工作密封投入腔、检修密封退出腔及蜗壳水压在2.0～2.3 MPa，蜗壳前钢管处有尖锐的水流声，工作密封无法投到位。

(3)此时打开旁通阀执行工作密封退出操作，往往无法退出，经多次手动开、关旁通阀及投、退工作密封，使工作密封在正常投入到位的情况下球阀才能正常退出。

图4　球阀正常关闭程序

(4)检查工作密封投入不到位情况，HV10液动阀已切换到位，压力水源已进入工作密封投入腔，且HV10液动阀排水管无水流排出;检查导环与球阀结合面均无间隙;旁通阀打开，工作密封在退出状态下，打开工作密封投入腔排污阀无水流流出。

4.2处理措施

针对上述情况，一方面要求运行人员在问题没得到解决前，应加强停机后对#2机组球阀部分的检查，发现工作密封投入不到位应及时处理，确保下次正常自动开机;另一方面取消行程阀及液动阀节流塞，以增加压力水流量及流速。经测量工作密封退出时间为8.4s，投入时间为7.5s。刚取消行程阀及液动阀节流塞时，经多次试验工作密封投、退正常，但一段时间后仍会出现投入不到位问题，随后采取钢管压力水直接补充工作密封投入腔的方式，与制造厂家沟通后对液动阀进行扩孔处理，但问题仍没有得到解决。

2009年2月底，技术人员结合#1机组球阀工作密封投、退正常及其他电站运行正常的情况，认为设计可能存在公差配合问题，请厂家对最后1道D型密封压紧量进行全方位复核。结果表明，在最不利工况时，最后1道D型密封不仅没有压紧量，还出现一定间隙。对工作密封最后1道D型密封盘根做加大设计，按设计修改图重新采购整套加大的D型密封盘根。自2009年10月底机组小修更换密封盘根后，#2球阀至今未再出现类似问题。