Palloventtiilin pitopinnan vaurioanalyysi

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin Fortum Oy:n toimeksiantona Loviisan ydinvoimalalle. Ydinvoimalan RN- ja TN-sivulauhdejärjestelmässä on 50 palloventtiiliä. Niiden tiivisteet kuluvat nopeasti, mistä seuraa ongelmia venttiilin operoimiseen. Työn pääasiallisena tavoitteena oli selvittää, mistä kuluminen johtuu. Lisäksi pyrittiin etsimään ratkaisua ongelmaan muun muassa erilaisten pinnoitteiden avulla.

Työssä tutkittiin Metson Jamesbury-palloventtiilin tiivisteen materiaalia ja sen nopeaa kulumista. Perehdyttiin kulumiseen vaikuttaviin tekijöihin ja materiaalin valintaan kohteisiin, joissa esiintyy kulumista. Lisäksi tarkasteltiin adhesiivisen ja abrasiivisen kulumisen vaikutusta kulumistapahtumassa.

Työ aloitettiin tutustumalla Loviisan ydinvoimalan RN-sivulauhdejärjestelmään ja sen tärkeyteen voimalaitosprosessissa. Tutkittava lauhteenkeruusäiliön RN12B01 palloventtiilin tiiviste tutkittiin Metropolia Ammattikorkeakoulun laboratoriossa. Vertailemalla saatuja tuloksia markkinoilla oleviin pinnoitteisiin voitiin todeta pallon tiivistemateriaalin olevan Stellite 6™. Pinnoite oli onnistuneesti liitetty perusaineeseen, eikä siinä havaittu valmistusvirheitä, jotka voisivat heikentää sen kestävyyttä.

Työssä tutustuttiin markkinoilla oleviin Tribaloy-T800- ja kromioksidipinnoitteisiin sekä niiden ominaisuuksiin ja voitiin todeta, etteivät nämä poista kokonaan kulumisongelmaa johtuen materiaalien hauraudesta. Työssä myös esitellään vaihtoehtoinen non-contact-venttiilityyppi, jossa pitopinnat koskettavat toisiaan ainoastaan venttiilin ollessa täysin kiinni.

Työn tuloksena saatiin varmuus, että lauhteenkeruusäiliön RN12B01 pinnansäätöventtiilin pallon tiivisteessä ei ole valmistusvirhettä. Nopea kuluminen johtuu pitopintaan kohdistuvasta suuresta pintapaineesta ja venttiilin jatkuvasta operoimisesta.

This Bachelor’s thesis was made for Fortum Oy in co-operation with the Loviisa nuclear power plant. The RN- and TN-condensate systems of the nuclear power plant are equipped with 50 ball valves. The Seals of the ball valves wear out fast, which causes problems in valve operations. The main objective was to discover what causes the wear of ball valves. Another objective in the thesis was finding solutions to this problem by using different coatings.

In the thesis, different seal materials and the fast wear in Metso -Jamesbury ball valves were examined. The reasons for wear and the material selection in the locations were analyzed. Also the effects of adhesive and abrasive wear were examined.

To start with, the RN-condensate system in the Loviisa nuclear power plant was studies. The ball valve seal was examined in the laboratory of Metropolia University of Applied Sciences. When comparing the results to the already existing seals in the market that the seal material in the ball valve was Stellite 6. The seal was melted with the basic material and it was detected that there were no defects in the manufacturing process which could affect the performance.

In the thesis, the coating materials Tribaloy-T800 and Chrome oxide were analyzed. In the examination, it was discovered that these materials cannot solve the wear problem due to the brittleness of the materials. Also an alternative non-contact ball valve type was introduced. In this case, the contact surfaces were in contact only when the valve was completely closed.

The results indicate that no flaws were detected in the manufacture of the surface control ball valve’s seal of the condensation container RN12B01. The fast wear was caused by the great pressure in the surface area and the continuous operation of the valve.