阀冷系统管道泄漏专用检修工具的研究

毛月祥 饶洪林 向官腾 饶 磊 陈 波 田 恬

（国网湖北省电力有限公司直流公司）

0 引言

我国湖北省拥有多个直流换流站，包括葛洲坝换流站、龙泉换流站、宜都换流站、江陵换流站、团林换流站和正在建设的武汉换流站，另外还有渝鄂联网工程的施州换流站和宜昌换流站等，这些换流站都使用有2-4 套不等的水冷系统［1］。水冷系统的稳定可靠运行是换流站核心设备换流阀正常运行的必要条件；换流阀水冷系统按介质功能可划分为内冷水系统和外冷水系统，内、外冷水系统中包含有管道、阀门、仪表及众多接头部件，超长时间运行存在泄露风险［2］。根据国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施要求和国网运检部关于加强换流站阀塔漏水治理的通知，为防止换流阀出现渗漏水情况，换流站检修期间需要水管接头进行复检［3］。

1 项目背景

一般情况下，特高压直流换流站在新能源领域中承载着西电东送的重要任务，是能源输送的关键枢纽，所以，需要保证换流站的安全稳定运行状态，同时这也是保证跨省电能输送任务顺利完成的重点工作内容［4］。

对于直流换流站而言，每年都需要对站内的固有设备进行一次集中的年度检修，此时需要完成的检修任务量巨大、安全压力较高，要保证检修工作可以在预计工期内完成，需要面临较多挑战。

在上述内容中，换流阀装置属于换流站完成交直流转换任务的核心组成部分，扮演着“大脑”的角色，在这样的情况下，阀塔冷却管道接头部分的检修工作任务十分关键，同时，任务量巨大，实际检修效率较低，在检修期间还存在诸多不同形式的安全风险问题，影响范围较大。阀冷系统属于高压直流输电换流站中的关键辅助设备，包括多个组成部分，如：管道部分、阀门部分、仪表部分和大量的其他接头部件，在系统处于超长时间运行状态下，存在泄露问题的风险概率较高［5］。为此，按照国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施提出的具体要求，结合国网运检部针对加强换流站阀塔漏水治理发行的通知规定，为避免换流阀装置出现渗漏水问题，换流站需要在检修过程中对水管接头位置进行集中复检，保证系统运行的整体安全性。

综上，国网公司出于对上述各项影响因素的综合考量，针对年度检修工作设定更高级别的安全生产要求，所以，急需一种高效的新型管道泄露检测技术和专业的标准化检修工具，为检修工作提供必要辅助作用。

在本文研究过程中，按照不同换流站水冷系统在年度检修期间整理出的泄露风险点信息，整理出一整套可以快速解决相关泄露问题的检测方法，并成功设计出新的专用工具套装，经实验测试，应用效果良好，具备进一步开发和推广的价值。

2 研究现状

2.1 针对换流阀层间冷却水管紧固力矩工具

对于换流阀层间冷却水管紧固力矩工具而言，是由多种不同材质（如：金属材质或者塑料材质）进行连接的管道结构，一般情况下，会使用相对灵活的接头方式进行连接，并使用橡胶密封圈保证密封效果。对于活接头位置的螺纹预紧力挤压橡胶密封圈而言，自身形状会在受力后发生一定程度的改变，达到填充水管接触面缝隙的效果，为管道密封质量提供可靠保障［6］。在常规类型的螺纹紧固作业中会应用到力矩扳手工具，这种工具对力矩大小进行有效控制。但是，由于换流阀水管的连接位置螺纹规格过大，当今市场中并没有相应尺寸的专业力矩扳手工具。所以，需要为此专门设一款专用紧固工具，为冷却水管的检修工作提供支持作用。

图1 冷却水管检修工具设计图

2.2 针对冷却水系统焊缝渗漏快速封堵工具

带压堵漏与带压密封技术详细讲解管道外漏的部位常在弯头处，原因是管道内高速流动的介质长期冲刷管壁，以致管壁变薄泄漏；管道和阀体在生产加工过程中存在铸造或锻造缺陷，如砂眼、气孔、裂纹等。带压堵漏是以流体介质在动态下用固状密封材料的密封机理为基本依据，在泄漏部位装设专用设备，利用泄漏部位的外表与夹具构成的密封空腔，注入并充满密封空腔，使密封剂的挤压力与泄漏介质压力相平衡，重建一个密封结构来堵塞泄漏孔隙和通道，挡住介质的外泄，从而堵住泄漏。本文采用的是机械堵漏法中的顶压法，在管道上固定一螺杆直接或间接堵住设备和管道上的泄漏处的方法。

图2 快速封堵工具设计图

2.3 针对冷却水系统主回路阀类拆装工具

本文通过液压方式扩大对夹法兰间距来实现需求。由于对夹式阀门通过间隙配合紧密实现密封，当出现阀门内部渗漏需要更换时，间隙配合紧密影响了阀门的拆卸抽出和再安装的塞入，该工具则可解决对夹式阀门的快速拆卸和再安装，如蝶阀和止回阀等。

图3 主回路阀类拆装工具设计图

3 具体研究内容

3.1 换流阀层间冷却水管紧固力矩专用工具

表1 总体方案提出表

力矩工具功能模块详情如下：

图4 力矩工具功能模块示意图

图5 力矩手柄示意图

图6 手柄头示意图

3.2 冷却水系统焊缝渗漏快速封堵专用工具

如下图示，通过抱紧管道，采用软垫压紧管道渗漏点，达到堵漏效果。

图7 封堵工具示意图

3.3 冷却水系统主回路阀类拆装专用工具

本文采用的夹式蝶阀的结构比较短小，占用空间小，安装的时候先用专用法兰将其固定，然后将固定好的对夹式蝶阀放入管道两端法兰中间，用螺栓穿过对夹式蝶阀专用法兰和管道法兰将其固定，要求法兰间有足够的安装间隙，避免蝶阀密封胶垫被挤压变形而形成漏水点。

4 创新点

4.1 换流阀层间冷却水管紧固力矩专用工具创新点

（1）遵循轻量化设计原则，保证新设计的专用工具在操作方面可以更加省力、更加方便携带，尽可能提升工具在实际使用中的作业便利性，以此为基础，在保证检修质量的同时，有效提升检修作业效率。

（2）设定科学合理的数字力矩定值，在完成工具设计任务的过程中，需要尽可能以安装工艺的数据化、标准化发展为准则，尽可能减少连接点位置存在的泄露风险，以此为基础，保证专业检修工具的使用有效性，保证检修质量和检修作业效率，节约更多时间成本。

4.2 冷却水系统焊缝渗漏快速封堵专用工具创新点

（1）专业修理人员需要以管道外部为起始点，进行快速封堵作业，在封堵过程中，不可以改变固有管道结构，杜绝由于检修作业造成的各种不良影响，保证检修作业可以正常推进。

（2）遵循轻量化设计原则，保证新设计的专用工具在操作方面可以更加省力、更加方便携带，尽可能提升工具在实际使用中的作业便利性，以此为基础，在保证检修质量的同时，有效提升检修作业效率。

4.3 冷却水系统主回路阀类拆装专用工具创新点

（1）借助液压作业手段，实现管道开口位置的进一步扩张处理，便于阀门本体结构的再次拆卸和再次安装，节约更多的拆卸和安装作业时间，可以在保证检修作业质量的前提下，进一步提升检修作业的完成效率。

（2）遵循轻量化设计原则，保证新设计的专用工具在操作方面可以更加省力、更加方便携带，尽可能提升工具在实际使用中的作业便利性，以此为基础，在保证检修质量的同时，有效提升检修作业效率。

5 结束语

第一，本文研制了一套换流阀层间冷却水管紧固力矩专用工具，适用于换流站阀塔内部PVDF 水冷管路力矩定值拆卸安装，采用多规格便携式开放式卡具，适应多种管径，采用高强铝合金轻量化设计，屈服强度为211MPa，满足活接连接处扭矩0-120N/m 的要求。横向扳手，可根据阀塔水管工艺要求设定力矩值，与卡具配套使用，保证安装工艺的准确性。

第二，本文研制了一套冷却水系统焊缝渗漏快速封堵专用工具，可简单便捷的对阀冷系统管道的渗漏进行有效封堵，待合适时间（每年定期停电检修等直流系统停电时）进行维修，提高了换流站运维的稳定性。本装置的研制，从根本上改变了阀冷渗漏需停运直流的情况，使站内运维人员能快速、有效的对阀冷系统的管道渗漏进行处理，提高了换流站运行稳定性。

第三，本文研制了冷却水系统主回路阀类拆装专用工具一套，可解决对夹式阀门的快速拆卸和再安装，如蝶阀和止回阀等，由于对夹式阀门通过间隙配合紧密实现密封，当出现阀门内部渗漏需要更换时，间隙配合紧密影响了阀门的拆卸抽出和再安装的塞入，该工具通过液压方式扩大对夹法兰间距来实现需求。

综上所述，本文以阀冷系统管道泄漏专用检修工具为研究核心，说明管道检测过程中的主要检测环节，并对加固力矩工具、快速封堵工具以及阀类拆装工具在管道检修中的应用效果进行集中说明，整理相关经验并设计出新型工具套装，希望本次研究可以为同领域工作者提供合理参考。