1 概述

      在線運(yùn)行的工業(yè)設(shè)備所出現(xiàn)的故障或缺陷中，因填料失效而引起回路內(nèi)介質(zhì)外漏的事件占有很高的比例。核電站由于存在放射性物質(zhì)外泄的風(fēng)險(xiǎn)，則對(duì)介質(zhì)的外泄有著“零泄漏”的嚴(yán)格要求。探討填料的密封機(jī)理和選擇嚴(yán)格的檢修控制，使介質(zhì)外漏的幾率下降到限度，對(duì)于在線運(yùn)行中無(wú)法隔離檢修的設(shè)備有重要意義。推廣這些手段，使工業(yè)設(shè)備的安全水平提高一個(gè)新臺(tái)階。

      2 填料的密封機(jī)理

      填料（PACKING）常用于閥門有轉(zhuǎn)（滑）動(dòng)部位的外密封，防止流動(dòng)介質(zhì)從相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位向外界泄漏。在大亞灣核電站核閥所用的填料基本上是膨脹石墨填料和石墨（或石棉）編織填料。膨脹石墨填料的潤(rùn)滑性和膨脹性好，但缺點(diǎn)是易碎，一般安裝在填料函的中間部位。石墨編織填料牢固性好，抗擠壓，一般安裝在填料函的上/下層面。其作用是固定膨脹石墨填料，保護(hù)其完整無(wú)損和防止磨下的石墨粉掉入回路。

      圖1是填料安裝的結(jié)構(gòu)圖，其右側(cè)曲線給出了填料函內(nèi)各層填料對(duì)填料壓蓋螺母施加的壓緊力的承力分布情況。很明顯6層填料只有*上1~3層在真正起著抵制介質(zhì)外漏的作用。密封環(huán)承接填料壓緊力傳給第1道填料依次傳給第2/3…道，第1道填料受力后產(chǎn)生軸向變形而向閥桿和填料函內(nèi)壁上擠，直至達(dá)到變形極限，消耗了一部分填料壓緊力。剩下的力傳給第2道填料，同時(shí)由于填料有效長(zhǎng)度縮短過(guò)程產(chǎn)生的填料內(nèi)壁面與閥桿/填料外表面與填料函的內(nèi)壁的摩擦力，也消耗一部分填料壓緊力。按此機(jī)理，越往下層填料的受力越少，變形越小，也就是密封性越差。然而在回路中帶有工作壓力的介質(zhì)順著填料函內(nèi)壁擠壓使其變形，很容易地就可以突破下端幾道填料的密封防線。因此真正能阻止帶壓介質(zhì)的只有*上面二三道填料，而這幾道的密封效果取決于填料的選材/結(jié)構(gòu)尺寸/閥桿和函內(nèi)壁的光潔度和足夠的填料壓緊力。

      3 填料的預(yù)壓緊力

      為了延長(zhǎng)填料的使用壽命，提高營(yíng)運(yùn)機(jī)組的安全性，目前大亞灣核電站核閥使用的是經(jīng)過(guò)一定預(yù)緊壓力壓過(guò)的填料。經(jīng)過(guò)預(yù)壓后，填料密度增大，抵御受壓變形的能力增加了，內(nèi)部保留的預(yù)緊力能補(bǔ)償機(jī)組運(yùn)行其間填料被磨損而失去的填料壓力。

      填料的預(yù)壓過(guò)程一般由生產(chǎn)廠家在安裝前完成，在倉(cāng)庫(kù)放置久了，填料側(cè)面就會(huì)出現(xiàn)表明預(yù)壓力松弛的紋路，核閥填料閑置1年以上都要求重新預(yù)壓緊。其方法是利用模具（圖2），選定壓力進(jìn)行預(yù)壓操作。

      預(yù)壓力P為

      P = 3P_nS

      式中P_n——閥門的工作壓力（當(dāng)Pn<10 MPa時(shí)，取10 MPa，P_n>50 MPa時(shí),取50 MPa）， MPa
            S —— 填料的承力面積，m²
            S=п（R₂ - r₂）

      4 相關(guān)部件的設(shè)計(jì)基本要求

      通過(guò)圖3的填料組件，給出了設(shè)計(jì)和安裝要求。

      （1）填料法蘭應(yīng)有足夠的剛度，受力后應(yīng)無(wú)變形。
      （2）在緊定填料力矩時(shí)要經(jīng)常檢查其平行度并預(yù)留出下次進(jìn)行緊固填料的空間。
      （3）凸節(jié)設(shè)計(jì)防止密封壓環(huán)掉入填料函中，且方便取出。
      （4）過(guò)渡導(dǎo)角設(shè)計(jì)可防止填料環(huán)裝入時(shí)被刮傷。
      （5）密封壓環(huán)與填料函之間要有少量的間隙，使導(dǎo)入的密封蓋不被咬死。
      （6）保證填料函內(nèi)壁光潔度， 防止承壓后滲漏。
      （7）加工成坡口，使填料環(huán)容易受力時(shí)擠壓變形。
      （8）填料函金屬平面不應(yīng)有損壞。
      （9）填料環(huán)在填料函中的有效高度為：閥桿直徑+15mm。
      （10）密封壓環(huán)與閥桿之間應(yīng)有足夠的間隙，防止劃傷閥桿表面。
      （11）對(duì)閥桿的要求是：經(jīng)熱處理過(guò)的硬表面/高光潔度（無(wú)明顯缺陷，刮痕，銹跡）銳角倒鈍便于各套件安裝；各橫截面為正圓，軸向無(wú)彎曲。
      （12）填料法蘭與閥桿之間也應(yīng)有足夠的間隙，防止劃傷閥桿表面。
      （13）檢查編織填料內(nèi)徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內(nèi)徑之差（<0.5mm）。
      （14）膨脹石墨填料內(nèi)徑與閥桿的直徑或填料外徑與填料函內(nèi)徑之差（<0.20mm）。
      （15）密封環(huán)和法蘭的球面接觸，有自找正功能，須保持結(jié)合面光滑無(wú)傷，安裝時(shí)球面敷潤(rùn)滑油脂。
      （16）如果圖紙或者廠家提供有填料壓緊力矩值的，照給定的力矩執(zhí)行；如力矩值沒(méi)有給出，可以采用計(jì)算方法得出其結(jié)果。

      M = 1.2×μ×d×F

      式中：M—— 每一螺桿的填料壓緊力矩，N•m
               μ —— 摩擦系數(shù)（新填料μ=0.1；磨損后的填料μ=0.2）
               d —— 螺桿直徑，mm
              1.2——用于簡(jiǎn)化公式的倍增系數(shù)
               F —— 每一螺桿的填料壓緊力，N
               F=P/n
               n —— 螺栓的根數(shù)

      填料力矩（N.m）=倍增系數(shù)×摩擦系數(shù)×螺桿直徑×填料預(yù)緊力/螺栓的根數(shù)

      （17）密封壓環(huán)插入填料函深度一般為5mm。

      5 檢修的要求和注意事項(xiàng)

      在檢修和更換填料前，應(yīng)了解填料的密封機(jī)理，掌握填料和相關(guān)部件的檢查標(biāo)準(zhǔn)、切口方法和安裝要求。雖然填料只有*上2~3層真正起密封作用，但考濾到大亞灣核電站百萬(wàn)機(jī)組的運(yùn)行很難給出維修窗口，因此核電站閥門填料應(yīng)全套更換。

      沒(méi)有準(zhǔn)備工程師指令，不允許個(gè)別層填料更換。

      （1）開(kāi)工前向準(zhǔn)備工程師了解設(shè)備運(yùn)行時(shí)期，填料有無(wú)泄漏歷史和報(bào)告。
      （2）用填料鉤掏舊填料時(shí)，不可以傷及閥桿和填料函表面，函底要清理干凈。
      （3）如解體更換填料，檢查閥桿與填料接觸的表面和填料函的內(nèi)壁應(yīng)光滑無(wú)傷，能感覺(jué)到的拉痕、麻坑、脫皮或腐蝕等缺陷，都要報(bào)告準(zhǔn)備工程師。
      （4）閥桿的彎曲度超過(guò)0.20mm，均須向準(zhǔn)備工程師報(bào)告。
      （5）新填料應(yīng)完整,無(wú)損壞,無(wú)變色,無(wú)松弛（預(yù)壓過(guò)的填料）。用新填料在閥桿和填料函試裝一下，檢查填料外形是否符合要求。
      （6）檢查新填料備件與拆下的舊填料條數(shù)是否相同，如果數(shù)量不一致，應(yīng)向準(zhǔn)備工程師報(bào)告并查證。
      （7）膨脹石墨填料盡可能的不用切口型（圖4），采用解體閥門套裝為好，若采用切口方式，應(yīng)避免出現(xiàn)介質(zhì)流向的貫穿通道。

      （8）填料組件裝入填料函中時(shí)應(yīng)一層一層裝入，并保證每層都裝到底，使用一種專用對(duì)開(kāi)環(huán)可以達(dá)到此目的（圖5），對(duì)有切口的填料，原則上層與層間的切口錯(cuò)位90^o，禁止采取把填料組裝入整體下壓的行為。

      （9）用力矩扳手緊固壓緊填料時(shí)，根據(jù)給定的力矩應(yīng)對(duì)稱和分段施力，隨時(shí)觀察填料法蘭的平行度和中心孔與閥桿的對(duì)中性，*后達(dá)到規(guī)定的力矩。
      （10）更換填料后，閥門需要進(jìn)行手動(dòng)（氣動(dòng)或電動(dòng)）試驗(yàn)，檢查填料是否過(guò)緊，有無(wú)異響或抖動(dòng)等現(xiàn)象。
      （11）清理現(xiàn)場(chǎng)，完成維修。

      6 結(jié)語(yǔ)

      在大亞灣核電站運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)核級(jí)閥門的檢修過(guò)程制訂了維修準(zhǔn)備工程師控制制度（在得到維修工作指令后，先期介入現(xiàn)場(chǎng)勘查，故障判斷，編寫工作指令，給出維修手段和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和*終關(guān)閉維修活動(dòng)），實(shí)施了“明星STAR-Stop（停）+Think（想）+Action（做）+Reviev（憶）自檢”檢修過(guò)程，保證了核級(jí)閥門使用的安全性和經(jīng)濟(jì)性，滿足了大亞灣核電站建設(shè)的迫切需求和安全運(yùn)行。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動(dòng)化儀表有限公司