桐柏电厂4号机球阀工作密封更换

孙逊，雷徐，童裕军，吴文界

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200)

1 基本情况

桐柏抽水蓄能电站位于佛宗道源，风景秀丽的天台山境内，距离天台县城7km，与杭州直线距离为150km。电站枢纽包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等。上水库利用已运行多年的桐柏电站水库改建而成，库容1231.63万m3，集雨面积6.7平方km，下水库为新建大坝拦蓄溪水而成，库容1289.73万m3，集雨面积21.4平方km。电站装机共4台，单机容量为30万kW，总装机容量120万kW，在华东电网中承担调峰填谷，调频调相及紧急事故备用。

1.1 桐柏电站球阀结构，主要部件及设备参数

桐柏电站球阀由VATECH公司供货，球阀位于蜗壳与高压岔管间，4台机组各设置一个，起到截断和导通水流的作用，桐柏电站机组球阀阀体主要组成部分有:阀体及活门，轴承及轴密封，球阀工作密封，球阀检修密封，带有两个双作用接力器的操作机构，旁通管及其旁通阀，延伸段及伸缩节。

球阀工作密封设置在球阀下游侧，工作密封投退用水作为操作介质，操作水源取自球阀阀体。工作密封在球阀关闭时起密封阀体渗水作用。正常情况下，球阀开启时工作密封退出，球阀关闭时工作密封投入。

在球阀与蜗壳之间有一段伸缩节，用于球阀的拆装和使进水阀下游侧工作密封环可以在不拆球阀主体和不排空压力钢管的情况下检修和更换，且能适应由于温度变化和作用在球阀上的水推力变化而引起的球阀沿压力钢管轴线的位移。

表1 球阀操作系统参数表

表2 球阀阀体及部件

1.2 桐柏电站4号机球阀运行情况

桐柏电站4号机于2006年12月正式投入商业运行，2007年上半年，电站运行人员在球阀(见图1)处巡检时听到球阀下游工作密封处有窜水声，窜水声音从球阀工作密封环处发出，嘈杂刺耳。桐柏电站业主方在联系球阀生产厂商VATECH公司并与生产厂商交换意见后，觉得球阀工作密封内动、静密封接触面磨损坏可能性较大，决定利用4号机B修期间拆开球阀工作密封进行检查。

图1 桐柏电站球阀

2 球阀工作密封工作原理

桐柏电站球阀工作密封投退用水作为操作介质，操作水源取自球阀阀体。工作密封在球阀关闭时起密封阀体渗水作用。球阀工作密封取水阀为常开阀门。压力水经管路通至球阀工作密封投退切换装置，此时若将球阀工作密封投退切换装置动作到工作密封投入位置，压力水则通过工作密封切换装置进入球阀工作密封投入腔，工作密封投入腔此时水压强为球阀阀体水压强，工作密封活动环两侧压力面积比较，投入腔侧比阀体侧受力面积大一点。所以工作密封动密封环向密封投入侧滑动，球阀工作密封就投入。若将球阀工作密封投退切换装置动作到工作密封退出位置，阀体的压力水源就不能通过切换装置到达工作密封投入腔。此时，在阀体水的压力下，工作密封动密封环就向密封推出侧滑动，球阀工作密封就退出。

球阀工作密封部件图2，3示:

图2 球阀工作密封操作回路

图3 球阀工作密封部件

球阀工作密封主要由动密封环、静密封环、外衬套补偿环几部分组成。动密封环装在球阀下游伸缩节补偿环处，动密封环本身靠三道格兰密封止水。动密封环动作行程5mm。静密封环安装在球阀阀体处，由60个M24内六角螺栓紧固在球阀本体下游侧。球阀动密封环与静密封环之间为硬接触面，当球阀工作密封完全退出后，球阀方才开启。所以两道密封环本身不发生互相摩擦，由于运行初期水中含大量泥沙冲刷球阀工作密封动静环接触面。造成球阀工作密封动静环表面产生划痕。

3 球阀工作密封窜水处理过程

3.1 基本概况

桐柏电站4号机组球阀于2009年10月15日开始总共为期30天的B级检修。球阀检修内容包括球阀工作密封动、静密封环更换，球阀工作密封外衬套补偿环表面划痕修复。

3.2 球阀工作密封拆解、回装过程。

根据现场实际情况，我们在伸缩节的两侧搭设脚手架，脚手架分三层搭设，每一层即可容纳3～4人同时工作。外围管路部件拆卸完成后，进行封口处理，并妥善防止到指定位置，底铺上盖，以避免二次污染。

利用液压拉伸器等工具，完成48个M100螺栓的拆卸工作，大部分压力在125～145MPa之间即可松开，只有25号螺栓80MPa压力时就很轻松地松开。螺栓编号按照，最上边的一个为1号，面对上游侧顺时针排列至48号螺栓。下游侧伸缩节与蜗壳法兰位置的45个M64的螺栓利用液压扳手进行拆卸。待伸缩节上所有连接螺栓和附属管路部件拆卸完成后(仅仅预留M100的螺栓1、48两个)，然后挂钩，调整好导链受力后，再拆卸剩下的两个螺栓，最后将伸缩节起吊至安装间指定位置。

拆卸工作密封外衬套时，在利用M30×300的四个顶丝将外衬套顶出时，工作密封的动密封环随着外衬套一起出来，利用钢丝绳锁住后和外衬套一起吊出。利用外方提供的专用吊具将静密封环拆卸吊出，查看工作密封的动密封环和静密封环，两者接触面存在大量的磨损(水流冲击导致)。鉴于两者都需要更换新件，没有对两者进行处理。

另外，工作密封的外衬套和动密封环的密封接触面，以及球阀壳体和动密封环的密封接触面都由于水流冲击而流下了大量的沟痕。按照外方的要求，利用砂纸将其修平处理，要求各接触面平整、无高点。

将新的静密封环利用专用吊具吊至安装位置，安装前，在静密封环和球体接触面涂抹少量的牛油，并更换接触面∮10的密封条一根。对称方向安装8个螺栓，安装的螺栓涂抹少量的螺栓润滑剂505。利用专用吊具将新的动密封环吊装就位，利用自制的4块平衡压板和4根M30、4根M24的丝杠配合，圆周方向均布四点，将滑动环压入就位，然后调整动密封环和静密封环的接触面间隙要求，0.05 mm塞尺不得通过。调整合格后，利用扭力扳手，设定扭矩为360N·m打紧60个M24的内六角螺栓。外衬套安装就位后，打紧8个M30的内六角固定螺栓，然后利用0.8 MPa的空气驱动工作密封滑动环，结果动密封环退出和投入正常。在动密封环投入时，在圆周测量动密封环和静密封环接触面间隙，结果为0，说明工作密封安装正常。

利用行车将伸缩节吊至安装位置上空，起吊前，更换法兰面的∮12的密封一道和∮10密封条一道并涂抹少量的牛油。在安装位置上空，厂房横梁上的地卯上悬挂一个10t的导链，用以调整伸缩节下落角度和平衡度。在伸缩节吊装就位后，圆周方向均布安装四个M100的螺栓并利用液压拉伸器打紧，然后松钩。

3.3 数据记录

按照外方专家要求，利用三个拉伸器，圆周方向按照螺栓1、17、33号，然后换另外三个2、18、34依次类推，最后为16、32和48号螺栓，设计压力为145MPa螺母旋转角度为86.1±9(0)；每个螺栓拉伸两次。

在上游侧48个M100的螺栓打紧后，我们更换了伸缩节补偿环处的∮16密封条一根。然后按照甲方提供的液压扳手扭矩与压力对照表，我们设定压力为40MPa对应扭矩约为9000N·m，对称打紧45个M64的螺栓。

4 结束语

球阀工作密封环是球阀系统里一个重要部件，安装上的好坏直接决定球阀工作密封的使用寿命。同时，球阀工作密封环上的O型密封也是易损部件。通过4号机球阀工作密封的更换给桐柏电厂其他机组球阀工作密封拆装提供了借鉴经验。