某水电站中低压金属缠绕垫失效情况分析与研究

1概述

1.1事件概况

国外某水电站在机组运行过程中,出现一次进水球阀旁通管路上的法兰密封失效情况,导致近4MPa的压力水沿法兰四周喷射,对其他电气设备和盘柜造成了一定的损害,并致使相邻发电机组停机。随后工作人员拆解失效的法兰,发现法兰密封被完全冲散,失去密封作用。检查发现,本法兰密封采用的是带对中环的金属密封缠绕垫。

1.2金属缠绕垫的特性

金属缠绕垫由v形或w形不锈钢带和非金属填充料叠合、螺旋卷绕、始末端点焊而成。主要的密封部位是由金属缠绕带和非金属填料带交替缠绕在一起形成,其中,金属缠绕带的通用材料为3o4ss不锈钢和316L/316ss不锈钢,非金属填料带的通用材料为石墨（Graphite)和四氟乙烯（PTFE),具有良好的压缩-回弹性能,适用于温度、压力交变剧烈的密封部位,是管道、阀门、泵、换热器、塔、人孔、手孔等法兰连接处的静密封元件。目前金属缠绕垫广泛应用于石化、机械、电力、冶金、造船、医药、原子能和宇航等领域,特别是在热力系统也得到了广泛应用,取得了良好的密封效果,但是金属缠绕垫不到规定使用周期即发生密封失效的现象也时有发生。

2事件经过

2.1金属缠绕密封垫安装形式

按照设计图纸,球阀旁通管路的外购法兰均为凸面法兰,具体设计如图1所示。

图1球阀旁通管路示意图

失效法兰处的操作针阀型号为0347F-100R。不锈钢液动针阀为DN150-PN100,两边连接法兰均为凸面法兰,而与之相连的不锈钢法兰也为凸面法兰,不锈钢法兰型号为DN150-PN100M,而所选密封金属拆绕垫型号为sH3407-Gsw-10.0-150-A21缠绕式密封垫片。事后检查,现场所有设备安装均按照图纸和方案进行了正确安装,所有法兰连接螺栓均按照工艺和要求进行了紧固,无偏差。

2.2事件过程

本台机组在完成720h运行考核期后,当时正在对球阀本体进行防腐刷漆前准备工作,正在对球阀本体进行清扫。在施工过程中,突然听到失效法兰处有声响,很快高压水就从失效法兰的把合面间的空隙中喷射出来。随后现场施工人员迅速关闭球阀旁通管路上游侧阀门,关闭了高压进水侧,并同时关闭下游侧手动阀门,使事件得到了迅速控制。随后拆除失效密封面发现,金属缠绕垫为内带内环型金属缠绕垫,外圈为密封缠绕金属带和石墨带。失效密封垫形式如图2所示。

图2失效密封垫形式

2.3事件处理

事件发生后,经与厂家沟通,厂家提出两种处理方案。第一种:更换与密封失效法兰一致（凸面对凸面)的所有法兰面密封,更换为相同压力等级带内环和对中环型的金属缠绕垫。第二种方案:改变失效法兰的配合形式为凸面对凹面法兰,更换与针阀90°法兰连接法兰为凹面法兰,同时将靠上游侧的一对凸面对凸面法兰其中一个更换为凹面法兰。后来由于采购周期和时间问题,为了确保机组正常运行,采用了第一种方案作为临时处理方案。

3事件分析

3.1事件原因

金属缠绕垫和法兰结构形式对照表如表1所示。

表1金属缠绕垫和法兰结构形式对照表

根据表1可以看出,此次密封失效的法兰面所采取的型式与对应的金属缠绕垫型式是不符的,这是导致密封失效的最直接原因。根据资料查得,密封垫的失效形式主要有以下几种:1）金属缠绕垫片本身没有破损或者散卷,表面也没有明显的冲涮勾痕,但是却受到过度挤压,失去弹性,回弹率为0。(2）金属缠绕垫受压正常,无散卷现象,但是表面有冲涮勾痕,覆盖在表面的柔性石墨等非金属填料被介质冲掉。(3）基本型金属缠绕垫出现破碎散卷现象。(4）增强型金属缠绕垫的增强圈断裂,使得金属缠绕垫出现散卷。

根据以上失效原因可以分析,本次密封失效原因可能是第一种情况和第四种情况的综合所导致。当时拆开时发现,金属缠绕垫的钢带已经完全散开,且钢带部分基本未出现断裂和破损状况。另外,当时现场由于进行了球阀的检修密封投入操作,在操作过程中由于密封的动作产生了比较大的冲击振动,这会诱发第一种情况下密封失效的发生。

3.2事件分析

根据以上原因分析,本次密封失效首要原因为选型出了问题,是导致此种密封失效的直接原因。再加上现场的其他诱因,水锤、振动等都会导致密封产生一定的不确定因素,当临界点重合时就会产生一些意想不到的破坏性后果。在施工过程中要加强对部分元器件适用性的学习。另外,在安装过程中,由于安装人员与现场技术人员的业务水平不到位,对部分元件性能不甚了解,导致在事件发生后才发现问题的存在。3.3事件的反思

(1）加强现场对设计技术基础工作的审查,从源头规避质量安全事件的发生。

(2）强化施工人员业务知识和专业素养的学习,检查和落实相关设计和规范标准。

(3）强化现场施工的质量把控,确保设备安装的规范化,操作工艺的标准化。

(4）施工前的技术交底要落到实处,确保施工质量优良。

4结语

针对目前国内外对水电站机组施工质量要求的不断提高,结合本文发生的机组中低压金属缠绕垫失效的事故分析,要求我们在现场施工过程中要强化对标准规范的学习,对于现场设计图纸强化设计审查,确保能够提前发现问题,同时对于机组施工,一定要做到事前有准备,事中有督察,事后有检查。