闸阀的常见故障分析与改进措施.pdf

文章编号 100225855 2009 0320040204 作者简介 张建华 1963 高级工程师 从事阀门设计 制造和管理工作 闸阀的常见故障分析与改进措施 张建华 王芳 尤广泉 南通市电站阀门有限公司 江苏 南通226500 摘要 论述了常用闸阀的结构特点 从选型 设计 制造 安装 使用和维护等几方面分析了事 故原因 提出了中腔异常升压对阀门的危害 总结了防护措施 关键词 闸阀 异常升压 设计制造 安装调试 维护 中图分类号 TH134 文献标识码 B Troubleshooting and corrective measures for gate valve ZHANG Jian2hua WANG Fang YOU Guang2quan N antong Pow er2Station Valve Co1 L td Nantong226500 China Abstract A nalyze the structural characteristics of comm on gate valves and the cause for accident from their types design m anufacturing installation operation and m aintenance put forw ard the viewpoint that the unusual rising pressure in the body cham ber w ill cause dam age to it and give som e preventive m easures avoid the accident occurrence again Key words gate valve unusual pressure2rise design and m anufacture installation and debugging m ain2 tenance 1 概述 闸阀以其耐压 耐温 高低温 耐腐蚀 多种材 料配置 具备双向密封功能 耐磨损和使用寿命长 等优点越来越广泛地应用于各类工业系统 实现介 质的开启与关闭 为系统的稳定与控制发挥了重要 的作用 2 分类 以国产常见标准的明杆闸阀的闸板形式分类 新结构未列入 其主要有Z40 Z41 Z42和Z44等 结构 图1 表 1 用户选型时应以工况要求为原 则 参考选择合适型号 并在安装 调试和维护等方 面规范操作 以避免或杜绝事故的发生 a Z40型楔式弹性板闸阀 b Z41型平行式单闸板闸阀 c Z41型楔式单闸板闸阀 d Z42型楔式双闸板闸阀 e Z44型平行式双闸板闸阀 图1 闸阀的常见结构 04 阀 门 2009年第3期 3 常见事故 311 阀杆断裂或变形 1 断裂 阀杆断裂一般发生在上下螺纹根部 此处截面 积最小 易出现应力集中及超标现象 尤其当工作 条件较大地偏离设计参数时 如某电厂曾多次发生 DN175电动闸阀开启后阀杆梯型螺纹退刀槽处拉 断的事故 调查发现 阀门的阀盖预紧螺母松动 阀 盖上移 阀杆螺母卡住 显然这是电装行程调试过 位 保护力矩过大引起的事故 另一类阀杆断裂事故则发生于开启瞬间 表现 为闸板尚未脱离阀座 阀杆即在上或下螺纹根部断 裂 其原因通常认为是闸板卡住 这其实只是部分 原因或次要原因 一个重要原因是阀体中腔关闭后 的异常升压 亦即阀门关闭后 封闭于上下游两侧密 封面之间的中腔流体压力远高于上游压力的现象 产生这种现象有两种原因 其一中腔流体被上游流 体加热升温发生膨胀 导致压力剧烈升高 其二闸 板关闭瞬间流体封闭于中腔 无法外流 中腔空间被 阀杆进一步挤压 由于液体的可压缩性十分有限 也 会使压力剧增 这一现象尤其易发生在发电厂的 Z962类主给水闸阀上 同时 其异常升压一般会成 几何级数增加 远远超过阀杆强度设计极限 表1 几种常见结构闸阀性能 类型Z40 60Z41 61平行Z41 61楔式Z42 62Z44 64 结构带弹性槽楔式闸板平行单闸板楔式单闸板楔式双闸板平行双闸板 制造工艺性能 弹性槽可补偿制造误 差 总体精度要求较高 两侧平行度及粗糙度 可方便地保证 最差 精度要求最高好好 可维修性能较差 精度要求最高好制造精度要求最高 最好 具备裆宽磨损 补偿设计 好 高温抗咬性能较差 易发生咬死现象好很差一般好 密封性能及可靠性 结构紧凑 制造精度 高 密封性能较好 低压时易泄漏 不适 用低压或压力波动工况 结构紧凑 制造精度 高 密封性能较好 关闭时自动吻合 密 封可靠 零件较多 低压时密 封性能较差 密封面使用寿命较长易擦伤较长长易擦伤 制造成本较高低较低高高 工况适应性 各压力段均适用 高 温慎用 低压或压力波动时不 适用 高温适用 具备强制密封设计 适用各压力段 但高温 慎用 具备强制密封设计 适用各压力段 高温慎 用 低压或压力波动时不 适用 高温适用 对驱动装置的要求 驱动力矩大驱动力矩最小驱动力矩大驱动力矩较大驱动力矩较小 安装调试要求 启闭力矩及行程控制 要求严格 仅须控制行程 用力 矩保护 启闭力矩及行程要求 严格 启闭力矩及行程控制 要求严格 仅须控制行程 用力 矩保护 2 变形 阀杆弯曲一般出现在电动阀门电装调试不当 时 如关闭力矩过大又未设行程保护或失调等 其 对阀门的破坏非常大 312 泄漏 1 外漏 阀门壳体一般采用铸件加工 虽然锻件可以代 替铸件用于高温高压工况 但受工艺或成本的限 制 大规格壳体通常用铸件制造 由于铸件存在气 孔 夹渣 裂纹 缩松和疏松等大量缺陷 这些缺 陷在阀门的运行中会随时暴露 成为威胁安全运行 的隐患 某电厂2007年统计数据表明 阀门外漏 事故中 37 为壳体铸造缺陷引发 其余则为阀 杆 中法兰及端法兰密封出现故障引发 密封件损坏也将导致系统介质大量外漏 如阀 杆密封处外漏一般由填料压板的活节螺栓未及时压 紧引起 一旦发生常导致重大事故 另一个原因是 阀杆表面因处理工艺或材料选择不当被介质腐蚀或 填料不合格腐蚀了阀杆密封表面 阀杆上下运动会 由其表面锈蚀处带出填料微粒 反复多次即出现填 料间隙泄漏 此时如维护不当 高压或高速介质在 极短时间内将填料冲出 形成泄漏 同样 以石墨 不锈钢丝缠绕材料作密封件的高压自紧密封阀门及 以不锈钢带石墨缠绕垫的中法兰密封阀门亦应防止 此类情况的发生 再一个原因也常引起介质的大量 外漏 即填料压盖与阀杆间配合间隙过大 阀杆上 14 2009年第3期 阀 门 下运动过程中 会因间隙过大反复摩擦填料带出微 末 最终使填料压紧比压下降 导致泄漏 2 内漏 引起阀门内漏的原因很多 新阀门运行不久即 发生内漏和关不到位 应为密封面夹杂异物 因此 新安装阀门产品投运前认真检查 仔细冲管可减轻 这类事故的发生 313 闸板故障 1 卡塞 闸板卡塞表现为闸板卡在阀体中腔导轨侧 甚 至与阀杆脱离 主要因设计制造不良引发 如导轨 接触宽度过短或过长 导轨表面粗糙等 当闸板卡 塞在阀座中 而阀杆强行上提时 常常出现闸板T 形槽断裂或变形 避开 异常升压 因素 另有 温差与关闭力两大原因值得注意 典型的温差工况 如阀门在冷态关闭热态后再打开 由于阀杆受热膨 胀伸长使闸板进一步压紧 增大闸板的关闭力矩 导致闸板楔住 如热态关闭 冷态打开时 由于两 侧阀座热变形引起裆宽变大 冷态則收缩变小 从 而导致闸板楔住 上述两种状态如伴随 关闭力 过大 即关得过紧 如电装驱动调试不当或不适当 地使用增力机构如扳手或杠杆等 则发生闸板楔住 的几率增大 2 撞裂 闸板撞裂 或底部变形 主要出现在Z944 Z964平行板式结构产品中 闸板底部直接撞击阀 体底部时发生 多由于电动阀门电装调试不当 关 闭行程未设限位或限位失灵时极易发生 3 密封面裂纹 密封面裂纹主要出现在合金钢材料的阀门中 常常由于工艺不合理导致 合理选材及合理控制焊 接工艺参数可避免 4 分析与对策 411 设计与制造 国家标准中对闸阀无开度标识要求 普通阀 门只能凭手感判断开度 这在许多场合不尽合理 建议阀杆端部设计限位装置 防止阀门过度关闭 阀杆强度多处减弱 承载能力降低 如螺纹 退刀槽根部等 这些部位在中腔异常升压时常常最 先断裂 建议DN350以上电动阀门阀杆直径应适 当加大 同时加工装配应提高支架上下同轴度 并 合理选择电动装置的启闭力矩值 现行闸阀国家标准中对中腔异常升压现象未 涉及 未提出设计内旁路或外旁路的要求 导致升 压无法泄放 使用中常出现事故 建议温差较大 时 采用平板阀门为宜 采用铝青铜制造阀杆螺母时 当电装转速较 快或启闭较频繁时会很快磨光螺纹牙面 导致阀门 无法动作 建议设计时适当增多牙数 有效润滑 并定期维护更换 对于重要阀门应采用合理的填料 密封组合 重要的配合面间隙 如自紧密封阀门 的阀体与阀盖的配合间隙 阀杆与填料压盖的配合 间隙 填料压盖与阀盖配合间隙等 和位置公差 如阀盖与支架的上下同轴度 法兰螺孔位置度 等 应严格控制 限于目前的工艺水平 建议重要的高温高压 阀门壳体采用全锻钢或锻焊结构制造 阀门的零部 件材料应严格按照相关标准选用 检测和处理 导轨加工时应去除棱角 两侧保留充分的结 合面 以保证闸板严重偏移也不会脱离导轨 选择合适的密封面材料和硬度匹配 加工中 保证表面粗糙度 平面度和吻合度符合要求 阀杆 表面处理要达到设计要求 以防其表面锈蚀 腐蚀 或镀层早期脱落 412 安装与调试 建议在重要的高压大口径阀门上下游间增加 旁路装置以降低启闭压差 减轻启闭瞬间闸板对密 封面的擦伤 同时有利于减小电装力矩 降低制造 成本 中腔安装安全阀是控制异常升压的有效措 施 既可保护阀门启闭件 又能维护系统的安全运 行 另外在上游侧与中腔间安装外旁路或闸板上游 一侧开泄压孔均是有效的可行手段 管道冲洗应彻底 以免管内杂物 如铁屑 焊渣 焊条头 螺母等 轧伤密封面 推荐闸阀阀杆垂直向上安装 倾斜安装会增 加闸板卡住的几率 水平安装时应有安装支架支撑 电装 并在安装时校正阀杆 电动闸阀安装调试时应由专业人员认真按要 求操作 开启行程过大或保护力矩过高的后果是拉 断阀杆或阀杆螺母卡住等 正确的做法是用手轮调 定开启位置 用力矩保护 一般保护力矩控制在 20 30 关闭行程过大 启闭力矩过大的后果 是闸板在阀座中楔住 而启闭力矩过大则可能导致 拉断阀杆 闸板T形槽断裂 阀杆螺母卡住等 正确的做法是用手轮调定关闭位置后适当上提闸板 24 阀 门 2009年第3期 1 3mm 主要对高压阀门 这样可避免中腔异 常升压导致的开启力矩过大 平板闸阀关闭行程过 大常常会撞裂 或变形 闸板 调试时调定其关 闭行程位置即可 并不需过大的关闭力矩 413 运行与维护 建议启闭力矩大于400N m的阀门应采用 增力机构设计 如齿轮机构 撞击手轮 带轴承的 阀杆螺母等 电装选型时应预留30 50 的力 矩裕度 不推荐采用气动型楔式闸阀 自紧密封设计的阀门运行一段时间后应再紧 固预紧螺栓 防止压力波动时阀盖下沉引起介质外 漏 冲出自密封圈 运行过程中应对填料压紧螺栓 和中法兰压紧螺栓进行正常维护 及时紧固 对轴 承机构 各类螺纹处定期润滑 及时去除灰尘污 垢 定期动作试验 重要阀门应经常启闭测试其 动作性能 防止锈蚀卡涩 及时发现隐患 定期 检修 重要阀门应定期检修 检查维护其密封面 驱动机构 密封圈等重要关键部位 建立设备维 护记录档案 5 结语 设计 制造 选型 安装 调试和维护等方面 相结合 才能保证阀门产品的安全使用 避免重大 事故发生 保证产品及工艺流程的安全运行 从而 延长设备寿命 延长检修周期 节省维修及生产成 本 提高企业效率 参考文献 1 沈阳阀门研究所 阀门设计 Z 辽宁 沈阳阀门研究所 1976 2 王训钜 阀门的使用与维修技术 M 湖北 科学技术出 版社 1985 收稿日期 2009102101 稿 约 阀门 杂志1972年创刊 国内外公开发行 国内刊号为 CN21 1131 TH 国际刊号为 ISSN1002 5855 国内邮 发代号为 8 80 国外邮发代号为 BM1685 双月刊 本刊是我国阀门行业唯一一份公开发行的技术期刊 为使期刊与 国际接轨 使科技论文格式标准化和规范化 特定投稿须知如下 11来稿在内容上应有较高的学术水平和技术创新性 要密切联系生产实际 具有较高的推广应用价值 在表述上应做 到观点明确 论据充分 结构合理 层次清楚 语言通顺 文字简炼 开篇应说明论文所述内容在国内外的发展现状和应 用前景 重点突出核心技术问题 明确作者的创新点和技术突破点 给出实现机理 方案及相关图表 并给出试验结果和 应用前景 结束时应对论文有明确的结论 21本刊写作次序是 文字题目 作者姓名 作者单位 详细通讯地址 邮编 文章摘要 关键词 英文题目 作者姓 名 作者单位 通讯地址 文章摘要和关键词 正文 参考文献 作者简介 31文题应简明 具体 确切 概括文章的要旨 中文题名一般不超过20个汉字 题名中应避免使用非公知公用的缩 略语 字符 代号以及结构式和公式 41文章均应有作者署名 并在文章结尾给出作者简介 其内容包括姓名 出生年 性别 民族 籍贯 职称 学位及研究方向 多位作者的署名之间应用逗号 隔开 不同工作单位的作者 应在姓名右上角加注不同的阿拉伯数字 序号 并在其工作单位名称之前加与作者姓名序号相同的数字 以便于建立作者与其工作单位之间的关系 多位作者应给 出第一作者简介 多位作者的排序应在投稿时确定 不得在编排中再作更改 51摘要应具有独立性 不应出现图表 冗长的数学公式和非公知公用的符号及缩略语 准确反映论文的研究内容 中 文摘要篇幅为100 300字 英文摘要和关键词应与中文摘要和关键词相对应 每篇文章可选3 8个关键词 61文中计量单