摘要：阀门是火力发电厂中不可缺少的流体控制设备，由于其工作环境恶劣、操作频繁，在电厂事故和经济损失中，有相当部分是由阀门工作故障引发的，其中，以阀门内漏故障居首，阀门的泄漏部位通常发生在阀杆填料位置、阀门法兰结合密封面、阀盖与阀体相连密封处，以及阀门本体等。如果阀门内介质长时间泄漏，首先会导致阀门设备损坏，其次会导致运行系统不正常，而且流体介质携带的能量损失会使电厂的能耗增加。如果是系统重要部位的阀门发生泄漏，情况严重时将直接造成发电厂的非计划停机事故，使发电成本增大。
关键词：火力发电厂；阀门；常见缺陷
阀门泄漏作为影响我国火力发电厂行业环境污染问题的重要因素，对生态环境保护、能源节约以及火力发电厂产业的安全发展具有一定的消极影响性。对此，明确掌握火力发电厂行业中，各阀门中存在的常见泄漏原因，并进行优化设计，已成为我国火力发电厂行业以及相关部门思考与研究的重点。
1 常见的缺陷
1.1 腐蚀问题
阀门解体发现闸阀阀体闸槽内均见黄色沉积物和少量黑色沉积物，闸板上有黄色附着物，截止阀和止回阀的阀体和阀瓣上均见黄色附着物；分别对每个阀门上沉积物和附着物进行取样进行扫描电子显微镜 EDX 能谱（型号：德国蔡司EVO18，牛津能谱）分析，化学成分分析结果见表1。结果显示：附着物和沉积物均为腐蚀产物，其组成推测有硫酸铁、铁氧化物等物质。
表1 化学成分分析结果表
浓硫酸为强氧化性酸，对含碳的钢材具有很强的腐蚀性，但浓硫酸易在钢材表面形成钝化反应，形成一层保护膜，稀硫酸则没有。浓硫酸在化工装置上使用时对金属的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀，且后者的破坏影响力较大。通常化工装置上的硫酸对设备、储罐和管道的破坏性腐蚀大多为电化学腐蚀。碳钢在化工装置中为最常见的金属，常温条件下碳钢在硫酸中发生电化学腐蚀，其电极反应表示如下：
阳极：Fe-2e-→Fe2+
阴极：2H++2e→H2
总反应式：Fe+H2SO4→H2+Fe SO4
碳钢中铁为阳极，碳及其他一些杂质为阴极，铁在反应过程中失去电子与硫酸根结合生成硫酸亚铁，氢离子在阴极处得到电子被还原成氢气。解体阀门的腐蚀产物中含硫酸铁说明了进料管中硫酸对阀门产生了腐蚀，经查反应器使用浓度为98%的浓硫酸作为催化剂，因此推测浓硫酸从反应器逆流进入了进料管，使得进料管及阀门受到腐蚀，引起阀门密封面的损坏，致使阀门闭紧不严，导致易燃流体泄漏着火事故的发生。
1.2 裂纹问题
某加氢裂化装置热高分气冷混合氢换热器入口注水线阀门，在巡检时发现，该阀门阀体上有长约17cm的裂纹。加氢裂化反应生成油在温度降低后会有铵盐结晶析出，容易堵塞管束，故在空冷和换热器入口注水，洗去铵盐结晶。共有5条注水线，但其中一条注水线上的阀门出现裂纹。该阀门为楔式闸阀，阀体及内件材质为1Cr5Mo，阀体为整体锻件，闸板密封件与阀体为焊接，操作压力为16.2MPa。服役3a后发现阀体上出现裂纹。为了分析开裂原因，特对该阀门阀体进行了检测分析。
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有分支小裂纹，裂纹的始端位于阀体变径处，裂纹末端相对较始端细小。外表无明显的塑性变形特征。断口宏观上看，断口整体较平滑，可明显看到放射状条纹，放射状条纹聚拢处即为裂纹源区域，可见裂纹源位于阀体内表面变径的位置，断裂是从内表面向外表面扩展。
取断口区域的阀体横截面封样，进行金相组织检验，在阀体内部组织中分布有大量的方形的夹杂物，根据形态，初步推断为TiN夹杂。阀体的金相组织主要为铁素体、马氏体及碳化物，组织不均匀。
从宏观观察可以看到，裂纹源位于变径位置，即有夹角的位置，此位置会存在应力集中，裂纹整体扩展呈纵向分布，裂纹较直而无分叉，裂纹断口呈放射状，微观呈现穿晶类型，因此初步推断起源位置的裂纹属于淬火裂纹，而后的疲劳裂纹则起源于淬火裂纹。淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹，后者又叫时效裂纹。由于在断口区域并未发现明显的氧化或脱碳现象，因此该裂纹应属于时效裂纹。
2 故障处理方案
2.1 规范操作流程
管道设计不合理是导致管道发生泄漏的重要原因之一。在设计选材时未考虑腐蚀介质因误操作的原因发生逆流进入碳钢管道，因此在在设计时应考虑与反应器连接管段使用与反应器内介质及输送压力、温度或者环境条件相适应的材料及在不同材料管道间设置止回阀，防止介质逆流。本次事故管段应选择比碳钢更耐硫酸的钢管及阀门，如316L不锈钢、SS、合金20、合金B-2、合金276等。使用单位要采用规范化的管理，应根据生产工艺要求和压力管道技术性能，制订压力管道安全操作规程、阀门定期检修维护规程。定期对阀门进行外观检查、壳体压力试验试验和严密性试验，发现裂纹、变形、泄漏等缺陷立即修理和更换，确保管道安全正常平稳运行。另外，对相邻容器也应制订压力容器安全操作规程，严格操作工艺指标，包括工作压力、工作温度、压力及温度波动控制范围、介质成分尤其是有腐蚀性或有爆炸危险性等介质成分的控制值；明确岗位操作规程，执行开停车的操作程序和注意事项；确保容器中的腐蚀性介质不逆流进入管道腐蚀阀门。
2.2 采用阀门衬氟技术
阀门衬氟技术作为一种重要的腐蚀防护措施，具有广阔的市场前景。氟塑料作为一种具有出色的耐腐蚀性和化学稳定性的衬里材料，在提高材料热塑性，降低膨胀系数和收缩率等方面还需要进一步开展研究，才能更好地发挥氟塑料在衬氟阀门中的作用。因此，广泛开展新型氟塑料、复合改性工艺和衬氟工艺研究，深入探索不同种类、不同尺度和不同形态填充材料对氟材料性能影响的机理，填料与基体界面结合优化机理，充分发挥多种填充相的协同作用，改善衬氟材料性能，提高氟塑料衬氟工艺性，从而进一步提高衬氟阀门质量。
2.4 避免发生裂纹问题
（1）阀门阀体开裂的原因是淬火断裂与疲劳断裂而产生的，裂纹起源于截面突变处的淬火裂纹，而后由于交变应力的作用发生疲劳断裂。产生淬火裂纹的原因是由于阀体中含有大量的TiN夹杂，成为裂纹源，在制造过程中冷却速度过快产生原始的淬火裂纹。（2）防止产生淬火裂纹的主要办法即是采用合理的淬火工艺，同时，可加强制造后的无损检测工作，查找出原始裂纹缺陷。合理控制材料质量，防止夹杂物数量超标。
总之，阀门泄漏在发电厂中经常发生，泄漏并不可怕，重点是如何把漏点处理掉，避免因阀门泄漏事故造成机组非正常停机。通过分析阀门结构查找泄漏的原因，在实践中摸索出了上述几种处理阀门泄漏的方法，并在电厂成功应用，特别是安全阀门的定期校验工作能防止运行中的误动作，确保了机组的正常运行，降低了机组事故的发生率。
参考文献
[1]高倩霞,李录平,饶洪德,杨晶,朱益军.阀门泄漏率的声发射测定技术研究[J].动力工程学报,2012,32(01):42-46.
论文作者:宋理彬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/31
标签：裂纹论文; 阀门论文; 阀体论文; 火力发电厂论文; 硫酸论文; 介质论文; 管道论文; 《电力设备》2017年第24期论文;