柴油机压缩空气起动系统三通球阀内漏分析与处理

时间：2024-05-20

刘康+王志远

摘要柴油机是核电厂最重要的安全设施之一，随时处于备用状态，但其相关设备却多次出现故障。本文对柴油机压缩空气起动系统三通球阀内漏故障进行了深层次分析，找出了根本原因，解决了故障，保证了柴油机的可用性。

关键词柴油机；球阀；内漏；根本原因

中图分类号 TM3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0145-01

1 概况

柴油机发电机组的主要功能是：在厂外主电源和厂外备用电源均失去的情况下，满足应急厂用设备用电要求，以确保反应堆安全停堆，并且防止由于正常的外部电源系统失电而导致重要设备的损坏。

柴油机发电机组主要由柴油机、发电机和辅助设备组成。辅助设备包括压缩空气起动系统、燃油系统、润滑油系统、高温水系统、低温水系统、进排气系统、联轴节、检测和控制设备。

压缩空气起动系统是用来把压缩空气送入柴油机的气缸中通过活塞运动带动曲轴旋转使柴油机运转起来，主要包括空压机、起动空气瓶和超速空气瓶，要求每个空气瓶能够保证柴油机连续起动5次且每次起动时间控制在10s以内。若起动空气瓶无法保压，不能满足单个空气瓶可以连续起动柴油机5次的要求。若压力不足，有可能造成柴油机无法起动。

2 故障现象

2015年8月22日，运行人员准备进行柴油机试验，在将储气瓶0LHF251BA充满压缩空气使压力达到40bar。2h后发现，运行人员发现压力只有37.6bar，怀疑储气瓶漏气，运行人员随即通知维修人员处理缺陷。维修人员用泡沫检漏液依次检查储气瓶人孔、进气阀、仪表根阀、一次阀、仪表连接处、安全阀、出口隔离阀，均未检测到泄漏，排除了外漏的可能。经过分析，储气瓶的排污阀0LHF268VA和出口隔离阀0LHF276VA如果内漏均能通向大气。打开排污阀出口的堵头，未发现有气体泄漏，因此出口隔离阀0LHF276VA可能存在内漏。将0LHF276VA从管道上拆卸，解体检查阀芯和阀座，可以明显看到阀座损坏。在更换了阀座后通过密封性试验检查，该阀合格，可以使用。

2015年9月22日，运行人员提出缺陷“三通阀0LHF275VA置于压空罐对柴油机时，对空管线漏气。”经维修人员现场核实，该阀门通往大气的出口管道能够听到轻微气体泄漏的声音。遂将0LHF275VA拆卸到检修车间，解体发现阀座损坏。在更换了阀座后，该阀可以正常使用。

0LHF275VA和0LHF276VA均是同种型号、同种结构、同一生产厂商、同一功能的阀门，该阀两次内漏，均是由于阀座损坏造成。该阀频繁的故障大大增加了维护工作，并且威胁到柴油机的正常运行。因此，找出根本原因是当务之急。

3 故障检查及原因分析

3.1 故障检查

该三通球阀，采用四面阀座，一体化结构，主要由阀体、法兰、密封阀座、球芯等组成。阀门入口A连接储气瓶，出口B连接主起动阀通往柴油机，出口C连通大气。介质由管道流入阀体通道A，通过安全锁旋转球芯的位置来控制阀门的开度或开启、关闭，安全锁手柄平行于通道B一边为常用位置，安全锁手柄平行于通道C（即垂直于通道AB）一边为关闭阀门。

通过翻阅该阀从安装到调试的记录，均未出现过内漏现象，因此初步认定是运行过程中损坏。

3.2 原因分析

仔细检查损坏的阀座（如图1），可以看出阀座已经完全断裂，断口为不规则形状，显然阀座是由于材料发生了不可逆的塑性变形而损坏。

查找说明书，核实该阀座材质为RPTFE。对比其他4台柴油机压缩空气起动系统共8个三通球阀（这两种球阀公称通径、工作条件等完全相同），发现另一厂家生产的球阀阀座材质为PTFE，而这些球阀确从未有阀座断裂的情况发生。

聚四氟乙烯（PTFE）是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，这种材料具有温度使用范围广、化学稳定性好、优良的自润滑性、突出的表面不粘性、无吸湿性的特点。

增强聚四氟乙烯（RPTFE）又叫改性聚四氟乙烯，是用聚四氟乙烯添加一定量填充剂，如玻璃纤维、青铜粉、二硫化钼、石墨、碳纤维等，经高速混合均匀后模塑成型，再经高温烧结制成。

在分析了球阀阀座的受力情况后，通过对比PTFE与RPTFE的性能（见表1）发现，PTFE的拉伸强度和断裂伸长率比RPTFE高。在同等受力的情况下，PTFE比RPTFE的抗拉伸能力更强，更不易断裂。因此，认定阀座材质不合适是三通球阀阀座断裂的主要原因。

4 处理情况

经过与阀门生产厂家交流，生产厂家决定对阀座进行更换：重新生产加工阀座，并将材质由RPTFE更换为PTFE。在安装了新的阀座后，该球阀至今没有再出现内漏情况。

5 结论

在造成球阀内漏的各部件中，阀座可靠性最低，因此阀座为关键件，需对其加工和装配全程进行工艺控制，提高产品装配的合格率和可靠性。

从目前柴油发电机组出现故障的情况来看，故障主要出现在辅助系统设备上，故障产生的原因主要是设备制造和安装问题。柴油机定期试验是一个很好的契机，可以借此发现问题、及时解决，保障柴油机随时可用。同时，平时也要多积累经验，提高迅速和准确解决故障的能力。