高温高压阀门柔性石墨环改造

席原魁　唐和平　席洋洋

摘 要：通过对柔性石墨环用在高温高压阀门盘根填料时，截面结构的分析和实施探索，创造地将楔形式“V”型柔性石墨环反“V”面夹角由120°改为125°，正“V”面夹角仍保留为120°的改造，不仅保证了石墨环的密封效果，而且大大延长了柔性石墨环的使用寿命。

关键词：柔性石墨环；阀杆；阀门填料函；改造

中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0114-02

Abstract： Through the analysis and exploration of the cross section structure of flexible graphite ring used in packing of high temperature and high pressure valve， the angle of reverse "V" plane of "V" flexible graphite ring with wedge form is changed from 120°to 125°. The modification of the angle of the positive "V" plane is still kept at 120°. The sealing effect of the graphite ring is ensured and the service life of the flexible graphite ring is greatly prolonged.

Keywords： flexible graphite ring； valve stem； valve stuffing box； modification

由于柔性石墨环具有自润滑性好、回弹系数高，即使在较苛刻的高温条件下，其化学性能也十分稳定的性点，被广泛应用于高温高压阀门作盘根填料使用。

1 常用柔性石墨环的现状

柔性石墨环是采用柔性石墨带或柔性石墨编制的填料，经模压制成不同尺寸的环状产品，一般每圈都有一纵向或径向45°开口。安装时首先将第一圈通过开口套在阀杆上，用一个剖分的圆筒体或压紧工具均匀地将它压到阀门填料函的底部。石墨环要按顺序装入，并使其相邻两层开口依次相错90°或120°，每层都按上述方法压紧后，最后通过旋紧填料压盖螺母，压紧填料压盖，再将压盖螺母退出半圈即可。柔性石墨环的横截面形式一般为方形和楔形式“V”型两种，它们常用于高温高压阀门。

漳泽发电厂#3～6机组为4×210MW全套苏联进口的高温高压机组，配套锅炉给水管道工作压力为16～18MP，工作温度242℃，每台锅炉主给水管道安装有1台DN250电动闸阀和1台DN250闸板式电动调节阀，主给水旁路管道安装有1台DN100电动闸阀和1台DN100闸板式电动调节阀，所有高温高压阀门盘根填料均为石棉制品。自#3机组于1989年12月、#4机组于1990年10月、#5机组于1991年1月、#6机组于1991年7月投产以来，由于其阀门石棉盘根制品在存储、运输、安装等环节的可能存在问题，造成在机组投产后阀门盘根泄漏事件时有发生。为此，从1994年开始，为了减少主要阀门盘根泄漏造成机组停运，先后用三年时间，对原产自苏联“塔干罗格”制造厂的 En-670-13.8-545KT型锅炉，所配套的主给水电动阀和调节阀石棉盘根进行了柔性石墨环改造。

2 存在的问题

横截面为方形的柔性石墨环，其密封的原理是通过填料压盖压紧石墨环使其内径纵面受径向压力微向外变形填充与阀杆间的微小间隙，以达到阀杆密封的效果。横截面为楔形式“V”型的柔性石墨环，一般由一个高压端“凹”型石墨环和中间多层“V”型石墨环及低压端楔形石墨环组合而成，其密封原理是在上述截面为方形柔性石墨环的基础上，使中间每层“V”型石墨环增加了向上120°分力，使中间每层“V”型石墨环碗沿更容易填充与阀杆间的微小间隙，且对后续再次通过复紧填料压盖螺母延长石墨环密留有余地，但在实际使用以上两种柔性石墨环是很不理想的。存在的主要问题如下：

（1）截面为方形的柔性石墨环，由于是把大量的薄片状石墨迭加到要求的厚度，然后进行压缩，迫使其紧紧地层压在一起而制成的[2]，在实际使用中，石墨环内径纵面膨胀量受纵向面积较大影响，石墨环渗漏率很高，通过增加复紧填料压盖螺母次数，只能短期降低石墨环渗漏率，且其45°开口处，受填料压盖纵向紧力作用，也容易“胀口”形成径向泄漏通道。通过拆开阀门，对石墨环检验，发现整个阀门填料函内所有石墨环，已被压紧为一个毫无弹性的僵硬的整体。

（2）截面型式为楔形式“V”型的柔性石墨环组，是用石墨带通过绕在与阀杆直径相同的圆棒上，再通过环状“V”型模具纵向压制而成的[2]，每个“V”型石墨环上下凹凸斜面夹角均为120°，在實际使用中，石墨环内径纵面膨胀量受“V”型分力作用，石墨环渗漏率较截面为方形的石墨环效果稍好，通过增加复紧填料压盖螺母延长石墨环密封的复紧次数，较截面为方形的石墨环多1～2次，但由于其45°开口的存在，也存在“胀口”形成径向泄漏通道的弊端。通过拆开阀门，对石墨环检验，出现和上述截面为方形的石墨环同样的被压紧为一个毫无弹性的僵硬的整体的问题。

1994年，漳泽发电厂开始对原产自苏联的锅炉所配套的主给水电动阀和调节阀石棉盘根进行柔性石墨环改造。开始先将原石棉盘根更换为截面为方形的柔性石墨环，但经过一年时间的使用，#3～6锅炉共计6个主给水阀、6个主给水调节阀，出现调节阀盘根泄漏8次（经多次复紧填料压盖螺母，仍泄漏5次），电动阀盘根泄漏5次（经多次复紧填料压盖螺母，仍泄漏3次）。1995年，将上述12个阀门柔性石墨由截面为方形，更换为截面为楔形式“V”型的柔性石墨环，但经过一年时间的使用，还出现调节阀盘根泄漏6次（经多次复紧填料压盖螺母，仍泄漏3次），电动阀盘根泄漏4次（经多次复紧填料压盖螺母，仍泄漏2次），效果稍好于截面为方形的柔性石墨环。

3 原因分析

（1）截面为方形的柔性石墨环，虽然能通过压紧填料压盖使石墨环内径纵面向外变形填充与阀杆间的微小间隙，达到阀杆密封的效果，但是受阀杆相对磨擦运动的影响，其阀杆与石墨环内径很容易出现间隙，而由于截面为方形，再次通过压紧填料压盖，迫使石墨环变形量也很有限，其实此时的多层石墨环已被压紧为一个无弹性的僵硬的石墨整体，已无弹性。实践证明，若锅炉冷态启动中阀门石墨环出现渗漏，只有待启动达到热态（各部件热膨胀到位）时通过压紧填料压盖减少渗漏，但若热态后无法通过压紧填料压盖减少渗漏，就只有停止机组启动，重新更换阀门石墨环了。漳泽电厂1994年发生的8次主给水阀门石墨环泄漏，就属于这种原因所致。

（2）截面为楔形式“V”型的柔性石墨环，由于上下层“V”型角度均为120°，正“V”面与反“V”面相叠只是增加了石墨环层间接触面积，当通过压紧填料压盖，迫使石墨环变形时，首先是通过“V”型碗沿向外膨胀达到与阀杆密封的效果。当阀杆与石墨环间出现间隙渗漏时，再通过压紧填料压盖，迫使石墨环内径纵面受径向压力微向外变形填充与阀杆间的微小间隙，延长阀杆密封的效果，但较截面为方形的石墨环多复紧1-2次后，仍出现石墨环变形量有限，此时的多层石墨环已被压紧为一个无弹性的僵硬的石墨整体，再无弹性。漳泽电厂1995年发生的5次主给水阀门石墨环泄漏，就属于这种原因所致，其中有一次为其45°开口处，出现径向泄漏，损伤阀门填料函内壁，造成阀门石墨环泄漏，而被迫停机处理。

4 改进措施

（1）在截面为楔形式“V”型柔性石墨环的基础上，将“V”型柔性石墨环反“V”面夹角由120°改造為125°，正“V”面夹角仍保留为120°，这样，当正“V”面与反“V”面相叠时，其接触层间就留有5°角度差，当通过压紧填料压盖，迫使石墨环变形时，首先是通过“V”型碗沿向外膨胀达到阀杆密封的效果。当阀杆与石墨环间出现间隙渗漏时，再次通过压紧填料压盖，由于上下层间存在5°角度差，其“V”型碗沿仍可向外膨胀达到阀杆密封的效果，且由于5°角度差的存在，即是渗漏介质进入层间疏松间隙，由于自宫式密封效果的存在，仍可保证石墨环的密封效果，大大延长了阀杆密封效果。

（2）为了提高石墨环强度，一是取消其45°开口；二是在石墨环内部加入304钢带、钢网或镍铂等以提高抗压能力，延长石墨环使用寿命。

（3）改变石墨环安装方式，在机组停机对阀门检修的解体回将时，一次性将改进后的楔形式“V”型柔性石墨环套件装入阀门填料函内（由于该石墨环不存在45°开口，安装效率将大大提高），再通过旋紧填料压盖螺母压紧填料压盖，并退出半圈即可。

5 改造后的效果

1996年通过将改进后的楔形式“V”型柔性石墨环，在漳泽发电厂#3～6锅炉主给水阀门的使用，全年未发生因石墨环泄漏停机事件，极大提高了石墨环在火力发电厂高温高压阀门使用的可靠性。

由于改进后的楔形式“V”型柔性石墨环在漳泽电厂调节最频繁的主给水系统取得成功，从1997年开始，漳泽发电厂分别利用机组检修机会，将其扩大至锅炉事故喷水、事故放水、对空排汽及机务排空、疏水等系统各高温高压阀门，并确保了一个大修周期内未出现过因石墨环原因，造成阀门泄漏事件。

参考文献：

[1]〔美〕J.L.莱昂斯.阀门技术手册[M].袁玉求，张洪文，章嘉炎，等译，机械工业出版社，1991.

[2]JB/T8872-2016.机械密封用碳石墨密封环技术条件[Z].

[3]QB/ZFD-104-03.01-97.漳泽发电厂锅炉检修工艺规程[S].