高分子材料在杂木寺电站蝶阀密封漏水处理中的使用.pdf

小水电 2 0 1 3 年第6 期 总第1 7 4 期 技术交流 高分子材料在杂木寺电站蝶阀密封 漏水处理中的使用 马剑滢 甘电投大容电力有限责任公司 甘肃兰州 7 3 0 0 3 0 1 概述 杂木寺电站位于甘肃省天祝藏族自治县与凉州 区境内的杂木河干流上，是杂木河毛藏寺渠首 河段规划的第三座梯级 电站。电站安装有 2台单机 容量为9 0 0 0 k W的立轴混流式水轮发电机组和 1 台 单机容 量为5 0 0 0 k W的立轴 混流式 水 轮发 电机组 简称小机 ，总装机容量2 3 MⅣ， 多年平 均发电量 7 9 3 8 万 k W h ，年利用小时3 4 5 1 h 。 电站装有 2套 压力为3 ． 0 M P a 、 公称直径 1 ． 1 m 和 1 套公称直径0 ． 9 m的金属硬密封蝶阀。 3台机组蝶阀经过2 a 的运行 ，阀板出现大量漏 水现象 ，虽然厂家专业技术人员到现场对缺陷进行 了反复处理 ，但是处理完毕 以后仅使用了 6个月又 开始出现大面积漏水。经过仔细检查 、分析 ，首次 在 1 号机组蝶阀上使用高分子材料替代柔性石墨材 料 的方法 ，解决 了阀门漏水 的问题。 杂木寺 电站 机组最 大水 头2 2 4 ． 5 I n ， 最 小水 头 1 9 3 i n ， 额定水头1 9 6 I n ， 大机额定流量5 ． 4 6 6 m 3 ／ s ， 小 机 额 定 流 量 3 ． 0 3 3 m 3 ／ s ，多 年 平 均 含 沙 量 0 ． 5 5 6 k g ／ m 3 ， 汛 期 5 9月 平 均 含 沙 量 0 ． 6 3 4 k g ／ m 3 ， 多年平均悬移质输沙量 1 2 ． 1 l O 4 t ， 泥 沙中值粒径0 ． 0 1 9 m m 。 2 现象描述 杂木寺 电站 3台机组相继于 2 0 1 0年 1 1 月陆续 投产发 电，投产初期 3台蝶阀均正常 ，未发现漏水 现象 。在 2 0 1 1年主汛期期间 ，对 3号机组蜗壳 流 道进行检查时 ，发蝶阀阀板密封处有漏水现象 ；初 期为少量渗漏，为针尖大小，水柱喷射长度约为 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 6 作者简介马剑滢 1 9 7 4一 ，男，工程师，主要从事水 电 站机电设备检修维护管理工作。 E ma i l 1 0 5 3 2 0 1 4 7 2 q q． C O I l l 0 ． 5 n 左右，检修人员还能顺利地进入蜗壳内工作。 但是在接下来的几个月内，蝶阀漏水量逐渐增大， 到后期，漏水量达到拇指粗细，喷射长度达到2 m ， 水流末端呈雾状，打开蜗壳进人门后，整个流道内 被水雾笼罩，检修人员无法进人蜗壳内作业。 在 2 0 1 2 年 1 月检修期间，电站对引水隧洞进 行排水 ，将隧洞 内的蓄水放空 ，厂家技术人员对蝶 阀密封漏水处进行了修复处理 ，更换了部分石墨密 封垫层；但是处理完毕以后仅使用了6 个月又开始 逐渐出现大面积漏水 。因漏水较大且压力较高 ，导 致机组无法正常停机且蝶阀关闭后人员无法进入阀 后机组蜗壳内，对电站安全生产工作和作业人员的 安全造成了极大的隐患。 3 原因分析 3 ． 1 结构介 绍 杂木寺 电站蝶 阀金属密封 阀座上堆焊不锈钢 层 ，与之对应 的阀板密封面材料采用不锈钢 柔性 石墨复合圈 见图 1 。设计时考虑两密封面材料 之间有相对硬度差 ，避免了阀门密封面在开 、关过 程中的胶合与擦伤，可以提高蝶阀使用寿命。 复 合密 封 圈 压 板 图 1 金属密封结构示意 3 ． 2 厂 家意见 在蝶阀发现漏水后，厂家给出了初步分析意 见 最大的可能是水质 的影响 ，水 中泥沙颗粒较 大，在蝶阀关闭时，沙粒被夹在复合密封圈和阀座 间，沙粒硬度大，损伤了密封面。 1 9 技术交流 S M A I_L H Y D R O P O W E R 2 0 1 3 N o 6 ． T o ta l N o l 7 4 3 ． 3漏水 处检 查 从检查蝶 阀漏 水处的密封座 以及 阀板 的情 况 看 ，在漏水最大的阀座处有规格 、大小不一的蜂窝 状凹坑 ，呈现不规则排列。阀板对应 的漏水处 ，石 墨圈材料 已经没有 了，不锈钢圈也出现犬齿状 的缺 失，并且凹坑内和不锈钢圈的犬齿处都非常光亮， 底部也非常光滑 。 从上述迹象明显可以看出，这些损伤是气蚀破 坏所致 ，并非挤压沙粒形成。气蚀是水利机械中常 会遇到的一种损坏形式，是流体在高速流动和压力 变化条件下 ，与流体接触的金属表面上发生洞穴状 腐蚀破坏的现象 ，常发生在如离心泵叶片叶端的高 速减压区。气蚀 的特征是先在金属表面形成许多细 小的麻点 ，然后逐渐扩大成洞穴 ，当液体在与固体 表面接触处的压力低于它的蒸汽压力时，将在固体 表面附近形成气泡 ；另外 ，溶解在液体 中的气体也 可能析出而形成气泡。随后 ，当气泡流动到液体压 力超过气泡压力的地方时 ，气泡便溃灭，在溃灭瞬 间会产生极大的冲击力和高温。固体表面经受这种 冲击力的多次反复作用 ，材料发生疲劳脱落 ，使表 面出现小 凹坑 ，进而发展成海绵状。严重 的气蚀可 在表面形成大片的凹坑 ，深度可达2 0 m m 。 3 ． 4 造 成 气蚀 的原 因 从结构上看 ，密封板的密封材料是多层石墨材 料和不 锈 钢 圈 叠压 而 成 ，每层 的石 墨 圈厚 度 为 3 m m， 不锈钢圈的厚度 为2舢 ， 在整个 密封 面上呈 现出 1 层不锈钢圈和 1 层石墨圈交错重叠的情况。 在密封面使用石墨材料主要是利用石墨的耐磨性和 润滑作用，防止蝶阀开启、关闭过程中出现胶合与 擦伤 ；但是石墨材料 由于分子间层与层间距大 ，结 合力小，质地软并且易碎 ，在使用时轻微的磕碰就 会掉块 、脱落。运行石墨材料直接被水流冲刷 ，局 部掉块 、脱落后 ，在夹层中间就出现 凹坑 ，在高速 水流的长期冲刷下，凹坑两侧逐渐被气蚀 ，面积逐 步扩大 ，深度逐渐加深 。阀门关闭后与阀板对应的 阀体密封圈也同步逐渐发生气蚀。 4 处理方法 4 ． 1方案确 定 经过现场检查 ，2 、3号蝶阀气蚀破坏较严 重 ， 密封面现场无法修复 ，故返回专业厂家进行加工消 缺 。1 号蝶阀气蚀较轻 ，阀体及 阀板气蚀坑深度只 是表面局部。借鉴高水头球阀的密封材料要求，在 2 O 球阀的密封面上采用高分子材料 即聚四氟 乙烯 作为密封材料使用 ，密封效果满足使用条件要求 ； 而且聚四氟乙烯具有高韧性、高强度的特点，且也 具有一定 的润滑效果 ，克服了石墨材料的弱点。经 过分析对比，决定在 1 号蝶阀上采用高分子材料 的 密封圈更换石墨圈的方案。 4 ． 2工 艺方案 这里重点介绍 1 号蝶阀更换高分子材料的工艺 方法。 原来的石墨密封圈与不锈钢密封 圈均为 7层 ， 相互交错布置。为稳妥起见 ，决定先更换外侧 2 3层石墨圈，待蝶阀经过一个汛期后 ，视气蚀情况 再做决定。 1 材料准备 现场准备 与石 墨圈厚 度相 同的2 m i l l 聚 四氟 乙 烯板 宽1 ． 2 m， 长3 m以及裁纸刀等工具。 2 粘接材料的选择 现场经过多次反复试验，最终使用鱼珠胶能很 好将聚四氟乙烯板粘接在不锈钢 圈上。 3 步骤 ①先将 1 号蝶阀全开 ，拆下阀板的密封压板以 及第一层不锈钢圈 ，连同粘接在不锈钢圈上的石墨 圈一并拆下。 ②清理压板及不锈钢圈上的石墨圈，并用酒精 擦洗干净。 ③将聚四氟乙烯板平放在检修间的地板上，擦 拭干净， 涂抹鱼珠胶，粘接压板，粘接不锈钢圈。 ④放置好不锈钢板后 ，用 1 块 1 0 l ／ l l n 厚 的钢板 压在粘接好 的不锈钢板上 ；在压的钢板上放置加热 板 ，将温度控制在 8 0 ℃。 ⑤l 2 h 后 ，取走加热板 、压板 ，此时不锈钢 圈 已经与聚四氟 乙烯板可靠地粘接在一起 ，用裁纸刀 沿着不锈钢圈裁下聚四氟乙烯板 。 ⑥回装粘接好 的不锈钢圈及压板 ，至此安装消 缺工作全部结束。 5 结语 处理后的蝶阀已经使用多月 ，目前密封效果 良 好 ，漏水量明显减少 。采用聚四氟 乙烯板替代石墨 材料的方法 目前在国内尚属首次。 ● 责任编辑吴昊