秦山核电一期V02-314气动阀门波动诊断分析

摘要：本文通过对V02-314气动阀门故障诊断处理的过程分析，总结了阀门填料、以及填料安装方式等因素对阀门调节性能的影响，为同类设备故障处理积累经验，以供同行借鉴。

关键词：调节阀调节性能填料安装方式 摩擦力

1. 背景介绍

V02-314气动阀门是电厂化容系统的下泄背压控制阀,由它来自动控制下泄管线压力状态。在电厂日常设备巡检过程中,设备巡检人员发现阀门填料处有较多硼结晶，开发了一项V02-314阀门缺陷，检修人员经过反复多次消缺处理，阀门的调节性能和泄漏依然无法彻底消除。

1.1 阀门故障处理：

（1）紧固填料压盖螺栓 ：检修人员初步判断因填料压盖松动，预紧力不够，导致阀门介质的泄漏，因此采取了紧固填料压盖螺栓来消除缺陷。缺陷消除阀门投入运行，主控观察阀前压力有波动现象，继续排查；

（2）更换定位器：检查控制系统、接线没有发现问题，现场加模拟信号，发现定位器输出气压波动，检修人员判断可能问题出在定位器，现场做定位器处理和减压过滤器，但波动现象没有消除；

（3）填料压盖调节：经消缺小组人员讨论，查阅阀门检修记录，在电厂大修期间对该阀门实施过填料压盖紧固，现场的故障可能与紧固压盖有关。后经机械人员将阀门填料压盖松开后，阀门不再波动，可以确认故障原因是阀门填料过紧，致使阀杆摩擦力过大,阀门填料压盖螺母的松紧与阀门的调节性能存在冲突，阀门填料压盖过紧导致阀门超调。但随着填料压盖的松开，介质又会重新出现泄漏。

2. 阀门失效的诊断分析

2.1 阀门介绍

V02-314是化容系统的下泄背压控制阀,由它来自动控制下泄管线压力状态。V02-314接受阀前压力信号，自动控制下泄孔板至该阀之间的压降，以防止汽化，同时，在主系统水实体状态下，控制和调节主系统压力。

V02-314阀门由日本加德留斯制造，阀门相关参数为：口径DN50，设计压力40Kgf/cm2，，设计温度100摄氏度，流量特性为等百分比，流量系数Cv=7.6[1]。阀体结构为阀笼导向的直通式单阀座阀门。执行机构为弹簧薄膜气动执行机构，进气方式为上进气，阀门失气时保持常开。

2.2 工作原理分析

V02-314填料压盖的工作原理，

由于压紧压盖所形成的压紧力产生一种造成密封效果的径向压力，径向压力沿整个填料长度按指数曲线分布[3]。为了保持密封状态，内侧圈上的径向压力至少等于系统的内压力，这就意味着外侧圈上的径向压力高得多，在大多数用途中是过高的，这将导致过大的摩擦，轴磨损，气动密封件失效。经查密封材料手册，填料密封产生的径向力与压紧压盖所加的轴向力之比约为0.6~0.7,沿整个填料函的典型径向压力。

2.3 填料安装过程分析

查看V02-314阀门解体维修规程，“将阀杆组件插入阀盖支架，并依次将填料装入填料函，填料的切口处应处于对称位置。分四步按照力矩参考值的30%、60%、80%、100%逐步拧紧盘根压盖螺母，注意盘根压盖与阀杆四周的间隙应均匀，力矩参考值为9～12 Nm”。

2.4 填料安装方式分析

从维修规程可以看出，填料的安装方式为整体封装，整体压紧的方式，这种方式的安装，从图2可以看出，与压盖最近的填料受力最大，变形最大，承担了密封的主要工作。呈现出上紧下松的状态，填料径向密封力并不平均，由于力量很难传递到远端的填料圈，在该处的密封圈可能存在泄漏。这种安装方式不能保证有足够的预紧力施加于下面的填料，造成阀门填料处存在硼结晶泄漏的可能。当填料泄漏时，检修人员又会加大填料压盖预紧力，造成调节阀性能变差。填料的摩擦力是直行程控制阀的摩擦力的主要来源，而摩擦力又是调节阀死区的一个主要原因。

2.5调节阀摩擦力分析

忽略控制阀闭环回路的控制系统因素，调节阀总体推力/摩擦力比例，动摩擦力/静摩力的比例决定的着阀门的性能，也就是阀门的死区以及响应时间。调节阀设计的总体推力和执行机构的容积相关，薄膜越大，推力越大。V02-314阀门在2005年解体检修以前，未曾发生过类似缺陷，因此可以排除总体推力偏小的问题。而摩擦力，动摩擦力/静摩力的比例会因为填料压盖预紧力调整，会产生变化,并且上述因素会随着调节阀填料的安装方式会而有所不同。

2.6填料材料分析

通过研究厂家的填料材料，发现厂家后期提供的填料材料和阀门出厂时的填料是有变化的，由石棉材料变更成了石墨材料，材料不同，摩擦系数不同，相应填料的紧固力矩也发生改变。查询检修记录“安装阀杆至阀盖，安装填料，每次装入两圈，然后用规定力矩紧固（下6层填料紧固力矩31-34NM；上3层填料紧固力矩为27-29NM；校验填料螺栓力矩，最终力矩为12NM)”，上述紧固力矩是适用于石棉材质的填料，但阀门解体时实际更换的是石墨材料的填料，石墨材质的摩擦系数是大于石棉材质的。查询厂家手册，下层石墨材料的紧固力矩仅为19~21n.m，最终力矩为8~12NM，因此，可以确定阀门填料的紧固力矩也是不合适的，最终影响了阀门调节性能。

3. 故障解决方案

3.1 改变阀门填料安装方式。

加工专用工具，参考厂家手册,对填料安装方式采用分段预紧的安装方式.

3.2 改变阀门填料紧固力矩。

参考厂家手册，对阀门下层填料的施加紧固力矩为19~21n.m，最终力矩为8~12NM通过上述方案的改进，对阀门安排诊断,填料摩擦力数值检测如下表，发现阀门的动态摩擦力降低了一半，摩擦力大大减少。对于较大幅度的信号变化（5%、2%），位移能够快速响应，稳定性较好；对于较小幅度的信号变化（1%、0.05%），位移也能快速响应[2]。

4. 结论

综上所述，调节阀的波动缺陷，通过改变填料安装方式和螺栓紧固力矩，整体调节性能得到了提高，解决了V02-314阀门波动大的缺陷。对于调节阀，选择正确的预维方式、合理的预维周期至关重要，阀门的频繁解体维修并不能增加设备的高可靠性，通过这次问题解决的经验和教训，设备管理人员修改预维大纲，增加阀门的维修频度，在每次大修期间安排阀门状态监测，阀门的检修经济性和设备的可靠性最终都得到了提高。

5. 参考文献

[1]加德留斯阀门使用说明手册

[2]艾默生控制阀手册

[3]密封件与密封手册 R.H.沃林著 国防工业出版社会性1990