核电厂海水系统旋启式止回阀内漏原因分析

韩 伟

（中核辽宁核电有限公司，辽宁葫芦岛 125100）

0 引言

阀门广泛应用于工业、建筑业、农业及核能行业等领域，阀门使用越来越普遍，已经成为各行业中不可缺少的通用机械设备，使用量逐渐增多，阀门动作也越来越频繁，因此阀门出现故障的概率越来越高。根据不同的分类方式，阀门可分为多种类型，并且种类还在不断增加，止回阀即为其中一种类型的阀门，在各系统中使用数量越来越多，而旋启式止回阀在止回阀中占有较大比例。随着使用数量的增多，旋启式止回阀在系统运行过程中经常发生内漏、外漏、卡涩等异常故障，进而影响相关设备或系统的正常运行。

1 旋启式止回阀

1.1 旋启式止回阀结构

旋启式止回阀主要由阀体、阀盖、阀瓣、阀座和摇臂等部件组成（图1）。阀体和阀盖一般为碳钢材料，阀瓣、阀座及摇臂一般为不锈钢材料。大口径的旋启式止回阀，一般通过法兰连接在系统管道中，并且根据系统相关要求，阀座密封面与垂直面有一定夹角。为了防止系统介质倒流时阀门动作迟钝，有些旋启式止回阀的阀瓣上设计有重锤或弹簧载荷的杠杆[1]。需要注意的是，阀体内腔空间要足够大，保证阀瓣能最大程度地旋启，阀门达到全开位置，管道流量达到最大值。在实际工作中，旋启式止回阀在选用时，还要考虑系统内介质的压缩性及流体的冲击力等因素对阀门的影响。

图1 旋启式止回阀

1.2 工作原理

启闭件依靠系统内介质动力打开并自动回座，防止介质倒流，只允许介质沿一个方向流动的阀门称为止回阀。旋启式止回阀又称逆止阀，是用于单向流动管道上防止介质倒流的自动阀门。旋启式止回阀是指阀瓣沿阀体内部的销轴进行旋转达到开启或关闭的目的，一般阀瓣为圆形，可分为单瓣式、双瓣式和多瓣式3 种。最常见的是单瓣式旋启式止回阀：阀瓣位于销轴的下方，当管道内流体按照指定的方向流入时，阀瓣的进口压力高于出口压力，此时阀瓣会被介质推起，离开阀座并绕销轴转动某一位置，阀门处于全开状态；当阀瓣两侧的压差减小到一定时，阀瓣自由下落，从而回到关闭状态；当管道内介质反向流动时，阀瓣两侧压差产生的作用力将阀瓣压紧在阀座上，导致流体介质无法通过，介质压力越大，密封面压得越紧，密封效果越好；根据系统的需要，阀瓣可以全为金属或在金属上镶嵌橡胶，或采用合成覆盖面[2]。

1.3 适用工况

旋启式止回阀一般适用在流体介质较为干净的管道中，不适用于黏度大或含有固体颗粒的工况，否则会导致旋启式止回阀开启不灵敏，无法达到完全密封，对流体的止回也就不够可靠。

旋启式止回阀的安全位置较灵活，不受条件限制，可以水平安装在管道中，也可以安装在垂直或倾斜的管线上，但需要注意的是，如果安装在垂直管道上，管道内介质的流动方向应该由下而上。

2 内漏原因分析

旋启式止回阀材料大多为双相不锈钢，实际工作中。经对阀门全面解体检查发现，导致阀门内漏的直接原因是阀芯一侧的销轴发生严重腐蚀（图2），造成系统内介质动力消失后，阀瓣无法落下与阀座密封面贴合，从而发生内漏现象。

图2 阀门销轴腐蚀前后对比

通过对比阀门两侧的销轴，发现销轴的表面上均有双相不锈钢（SAF2507）材料的牌号，销轴一侧腐蚀严重，一侧完好无损，因此初步怀疑销轴的材料有问题。经相关部门对材料进行分析得知，销轴材料实际为马氏体不锈钢，且与要求的材料内部化学成分含量有差异（表1）。马氏体不锈钢耐海水腐蚀性能较差，长期在海水环境中运行，造成电偶腐蚀、缝隙腐蚀等，导致阀门内漏。

表1 销轴材料成分对照表 %

3 电偶腐蚀

3.1 电偶腐蚀概念

两种不同电化学性质的材料与周围环境中的介质构成回路时，电位较正的金属腐蚀速度较慢，电位较负的金属腐蚀速度加快的现象称为电偶腐蚀[3]。电偶腐蚀的形成主要是因为不同材料间的电位差，电位差是电偶腐蚀的动力，电偶腐蚀是一种普遍存在的现象，会诱导点蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀等现象，且材料的面积、不同介质以及温度、表面膜等都是影响电偶腐蚀的因素。

3.2 电偶腐蚀的原理

当两种电位不同的材料A 和B 分别在介质中时，各自发生腐蚀，反应处于活化控制（图3）。当A 和B 在介质中直接接触时，就会成为一个电偶腐蚀原电池，而电位较高的材料B 为电池中的阴极，电位较低的材料A 成为电池中的阳极，假如电解质溶液的电阻忽略不计，此刻就会有电流产生，方向从阴极流向阳极，两种材料同时发生极化现象。电位较低的材料A 发生阳极极化，电位较高的材料B 发生阴极极化。与未偶接时相比，A→Ag 进一步加速了阳极材料的溶解，速率增加，腐蚀加剧；B→Bg 减缓了阴极材料的溶解，速率减慢，阴极材料被保护，也就是所谓的阴极保护效应。

图3 电偶腐蚀原理

4 现象分析

旋启式止回阀的销轴材料为双相不锈钢，轴套的材料为铜镍合金，而双相不锈钢与铜镍合金两种材料本身就存在电位差，且系统内介质是海水，海水是强电解质溶解，使两种材料偶接，并且随着系统长期运行，阀门开关次数增多，腐蚀速率不断加剧，作为阳极的不锈钢材料不断溶解，销轴腐蚀越来越严重，导致阀瓣无法沿销轴旋转动作，阀门开关异常，失去介质动力后，阀瓣无法落下与阀座密封面贴合而产生内漏现象（图4）。

图4 电偶腐蚀现象

5 处理措施

将发生内漏的旋启式止回阀进行隔离，排尽管道内部残水，对阀门进行解体清洗，并对销轴的备品备件材料进行成分检验，确认符合系统要求后，更换新的销轴，回装阀门进行验证，确认内漏故障消除。并可通过更换销轴的材料，升版相应程序规程，定期检查销轴的腐蚀情况等措施，避免再次出现类似严重腐蚀造成阀门内漏而影响相关设备及系统的正常运行。

6 结论

阐述旋启式止回阀的结构及基本的工作原理，对实际遇到的典型的阀门内漏现象进行详细分析，得出阀门内漏的原因是销轴材料成分不符合相关要求而发生了电偶腐蚀，导致阀门发生内漏。提出通过更换销轴的材料消除缺陷，定期检查销轴的腐蚀情况，避免再次出现类似问题，以保证相关设备及系统的正常运行，减少日常维修工作量。