核级高温高压阀门中腔法兰结构密封研究

邓永刚 刘平

摘 要：由于核电站现场使用要求，部分核级高温高压闸阀及节流阀不适合采用自紧密封结构，为了便于拆卸维护要求使用中法兰结构，传统的中腔垫片并不能满足密封要求。在以往的制造试验过程中，通常会降低试验要求来达到密封要求。该文通过对核级高温高压阀门中法兰结构的分析，对密封性能进行了验证，计算了垫片的最小预紧载荷、内压对垫片载荷的影响值计算、单个螺栓预紧扭矩值的计算、并给出了安装与调试的方法。

关键词：高温高压阀门 中腔法兰结构密封 线密封

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0042-02

1 适用范围

该方案针对核級高温高压阀门中法兰结构中腔密封进行设计形式、材料、设计要求、生产制造、检验方法、安装等内容研究。

2 技术要求

研究试验体工况设计要求：阀门类型：闸阀；阀门设计压力：17.2 MPa（表压）；阀门设计温度：最高360 ℃；阀门壳体水压试验：42.6 MPa（常温）；试验介质：去离子水。

3 引用标准

ASME BPVC-Ⅲ，核设施部件建造规则NB分卷。

JB/T 6628，柔性石墨复合增强（板）垫。

GB/T 1804，一般公差未注公差的线性和角度尺寸的公差。

Q/TS QPD830-2011，不合格品控制程序。

4 中腔密封结构研究

4.1 项目背景

由于核电站现场使用要求，部分核级高温高压闸阀及节流阀不适合采用自紧密封结构，为了便于拆卸维护要求使用中法兰结构，传统的中腔垫片并不能满足密封要求。在以往的制造试验过程中，通常会降低试验要求来达到密封要求。在此笔者公司研制了核级柔性石墨复合垫片来用于核级高温高压闸阀及节流阀的中法兰密封。这项技术在我国核电市场尚处于空白阶段。

4.2 结构设计

因核级高温高压阀门的中腔密封实现密封功能很困难，在进行中腔结构时笔者所在方对垫片的接触宽度及高度都必须进行详细的计算来得出合理的数值。中腔示意图见图1。

中腔密封结构计算如下。

（1）垫片的最小预紧载荷计算。

式中：A为总螺栓预紧载荷，取WA>WO，kN；d为螺栓名义直径，m；n为螺栓数量；K为螺母系数，对于润滑状况一般的螺栓，取K=0.2。

最小预紧载荷为理论计算值，是理想运行情况下针对阀门垫片的载荷计算，对于该项中垫片的预紧载荷，可作为阀门垫片安装时的参考值，实际安装时可做调整。

4.3 垫片结构选取

垫片结构选取如图2所示。

核级柔性石墨复合垫片的尺寸及其公差应符合表1规定。

核级柔性石墨复合垫片的性能参数符合表2要求。

5 安装与调试

核级柔性石墨复合垫片的安装、维修等方式虽比较简便，但为了确保最佳的使用性能，应遵从以下安装方式。

5.1 检查

（1）紧固件（螺母、螺栓或螺柱）材料和规格应符合相应标准的规定，其螺纹、螺杆、螺母与垫圈接触面应无裂痕、削屑、毛刺、锈蚀、毛边和其他损伤。（2）法兰密封面、沟槽内无缺口毛边或外来物。（3）法兰密封面的粗糙度应为Ra0.8或更高。

5.2 润滑

（1）允许使用规定的或认可的润滑剂，均匀地涂敷在螺栓和螺母的内外螺纹，以及螺栓头上，以减小螺栓自身的摩擦力。（2）润滑剂应适合紧固件（包括螺母和垫圈）材料、工艺介质和使用温度。

5.3 安装

（1）在未完成上述调整之前，勿拆卸密封产品的外包装。（2）小心拆开核级柔性石墨复合垫片垫片外包装，确认密封面没有划痕、刮伤等缺陷后，将密封件放入需要密封的位置。

5.4 预紧螺栓

（1）选用合适的扭矩板手、液压或其他拉伸器。（2）用手拧紧所有螺母（必要时用扳手）。（3）对称拧紧每一螺母至全部扭矩值的30%。（4）对称拧紧每一螺母至全部扭矩值的60%。（5）对称拧紧每一螺母至预定力矩值。

参考文献

[1]沈阳阀门研究所《阀门设计》编写组.阀门设计[M].沈阳阀门研究所，1976.

[2]杨源泉.阀门设计手册[M].北京：机械工业出版，1922.

[3]机械设计手册编写组.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1989.