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王光杰关于自来水厂站常用阀门的选择与应用

文章来源:水务世界 发布时间:2012-11-01 08:23:59 阅读次数:14912 次 [关闭]

                                       王光杰 张延

摘要:本文对自来水厂站如何正确选择与应用阀门的问题,如壳体材料、涂装、停泵水锤防护、水头损失、压力试验等进行了重点、简要的描述,达到提高阀门生产质量和用户科学运行管理的技术水平。

    中国水协设备材料委管道部,根据"城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标",对实施"阀门的优化选择与应用"专题于2010年编制了"供水门密封型式与橡胶密封件选择与应用"规范性专题资料,得到了各水司及相关阀门生产厂家的欢迎。之后,国内各城市水司对阀门的质量问题提出了质疑,强烈要求编制自来水厂站常用阀门如何正确选择与应用问题专题,为此,管道部向相关单位发出了[2012] 3号文件,征求正确选择与应用的意见,同时对部分阀门生产厂家进行了调研考察,各单位反应积极,提供了丰富的资料,管道部拟在第三季度开始整理、汇编、出版署名的"自来水厂站常用门的选择与应用"专题,以期加强门生产厂家和各水司的对话沟通,提高阀门质量,扩大门品种,供水公司在新水平上安全生产。总体要求门要有优化的五大性能,即:密封性能、强度性能、调节性能、动作性能和流通性能;同时要求要有结构简单、维修方便、水质卫生、耐腐蚀、寿命长四个方面的追求。  

随着我国经济的蓬勃发展,城市建设投入越来越大,其中基础设施建设又是我国经济建设的重点,而给排水工程建设是首当其冲。还在不断更新、扩建、新建中。

据不完全统计,目前我国有大小门生产企业4000家,年总产值800亿-1000亿。其中大部分是生产给排水用阀门,尽管良不齐,但产品品种已达3000多个型号、近30000多个规格。在品种、数量上基本满足供水公司的需要;在质量上,虽然近些年来也有长足的进步,但较工业发达先进国家的产品,仍有较大差距,特别是我国阀门市场混乱,伪劣产品充斥市场,真假难分,大多门产品不能满足供水企业高质量的要求,同时一些供水公司也存在一定的管理问题,致使我国供水行业技术水平尚需进一步提高。

我们认为,在我国给排水技术水平,应分两个方面评价,自来水净化与污水处理工艺设计已接近或达到国际先进水平,而水处理设备特别是泵阀和世界先进水平尚有较大差距,这就是为什么要编写"厂站常用阀门的选择与应用"专题的必要性。

      由于本文篇幅要求有限,不能针对各类门进行具体的要求进行讨论,仅对各类门共同的重点的原则要求做一简要阐述。

1 壳体材料问题

有多种材料可以满足给排水用门壳体的使用要求,但是,正确、合理的选择,可以获得门最经济的使用寿命和最佳的性能。

根据2004年住建部第218号文件规定,灰铸铁管材、管件"不得用于城镇供水、燃气等市政管道系统。口径>400mm的管材及管件不允许在污水处理厂、排水泵站及市政排水管网中的压力管线中使用"的要求,城镇供水用门壳体材料排除了灰铸铁。

球墨铸铁和铸钢比较,强度相当,但耐化学腐蚀能力前者是后者的两倍,且适宜在工作温度-30-350之间, PN≤4.0MPa的供水阀门使用。球墨铸铁所以比铸钢耐腐蚀性能强,主要原因是球铁的含碳量是铸钢的10倍,球铁中的碳以球状石墨的形式存在,球状石墨比片状石墨化学稳定性强很多。

近年来,世界各先进工业国家的给排水用门壳体材料也都采用相当QT400-15QT450-10的材料,目前我国对壳体材料用球墨铸铁认识已经普及了,各牌号球铁抗拉强度基本达到,但球化率不稳定,参差不齐,一些厂家的球化率低于80%,特别延伸率不达标,我们选择阀门生产厂家时,应要求提供金相和材料延伸率数据,必要时应抽查。

2 涂装问题

目前我们大部分门生产厂家没有自己符合标准的涂装生产线,大多是外协加工,由于验收、检验项目不标准、不全面,涂装前金属表面未彻底除锈,漆膜很快脱落,造成壳体锈蚀。

我们的要求是:

1)涂装前铸件表面必须经抛丸(喷砂)处理,去除氧化皮、污垢,表面粗糙度达到Sa2 ½6小时涂装;

2)一般工件加热240,固化温度220 ,进行无毒环氧树脂粉末静电喷涂,内表面涂层厚度250μm (直埋的300μm) ,外表面棱角处不低于 150μm;

3)检测项目包括:厚度、附着力、硬度、绝缘性、抗冲击性等5项,在工厂应按一定抽取比例检测,验收时可抽取样品检测。

3 水头损失问题

我国是能源短缺且浪费严重的国家,生产同样产品耗电量是世界平均水平的4倍。至2009年,我国在654个城市中统计自来水厂有1834座,乡镇小水厂万余座,还在不断更新、扩建、新建,管网长度近39km,装有阔门约80万台,在自来水厂,泵是用电大户。节能减排作为国策,我们各行各业都应有清醒的认识,认真负责从本行业做起,阀门的用量很大,节能问题突出,至今尚未得到充分重视,生产门和选用门,要把水头损失大小作为评价门质量优劣的重要指标之一。

1)举例: DN600门,对应水泵流量。Q=2500m3h,阀门水头损失每增加1m,即水泵扬程对应要提升1m,如果全年运行365天,即8760h,水泵效率η1= 0.8,电机效率η2= 0. 9,联轴器效率η3= 0 .95

那么1年的耗电量F,如下式计算:

 

 

即全年用电87900度,由此可见,全国所用门数十万台,如不重视水头损失问题,将严重浪费能源。

2)具备同样性能的阀门,可有不同的结构型式,我们在选用时,应优先选用水头损失小的阀门种类,阀门水头损失大小,和不同阀门的水头损失系数有关,其大小取决于门公称尺寸、结构以及内腔形状等等,内腔在介质流程中,每步结构形状都可看作是一个产生阻力的元件系统(如介质流动转弯、孔口、扩大、缩小、再转弯) ,所以整个阀门的水头损失,是各元件水头损失的总和,各元件的水头损失系数在手册中可以查到。阀门的水头损失系数亦称流阻系数。计算方法如下: 

 

从表中不难看出,水力控制阀的水头损失,在上述各类门中是最大的,应慎重选用,除非必须选用时,应优先选用水头损失相对较小的阀门。

用水力控制阀主阀设计的多功能水泵控制阀(水力控制阀)的水头损失系数值从表中查出Y型为1.4-2.5,⊥型的为4.3-6.1,目前使用较为广泛,从长远讲不宜推荐使用。

对生产厂家来说,一种主阀,配置不同的先导和接管系统,可产生20多种功能的阀门,很方便,这主要是对阀门生产企业方便有利。

减压阀和调流调压阀是用结构的水头损失调流调压的,因此水头损失h不在比较之列,但全开时也应尽量减小。

4 停泵水锤防护问题

1)定义:停泵水锤是指水泵装置因突然停电等原因,导致非正常停泵,在其管道系统中,因流速剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象,称为水锤现象。

2)特点:先发生低压后发生高压,停电后由于水泵、电动机旋转部分有一定的转动惯量,转速在不断降低,然后因重力和水力阻力的作用使其流速逐渐降为零,再其后在重力水头的作用下,管道中的水柱又开始向水泵方向倒流,速度由零逐渐加大。倒流水柱冲击普通止回时,止回阀迅速关闭,产生极大的水锤压力,我们必须进行防护,不然会在泵房爆管,水淹泵房造成次生灾害。  

3)防护措施。

    ①有条件时取消水泵出口止田阀;

    ②试制调压塔(宜在地形有利时) ;

    ③安装水锤消除器;

安装爆破膜;

设置水锤吸纳器;

用水泵控制替代普通止回阀,分用缓闭、速闭加缓闭、速闭等原理。阀门的结构型式多种多样,如:有用水力控制组装的缓闭或速闭加缓闭阀,有缓闭蝶形止回阀,导流式速闭止回阀,有速闭加缓闭偏心半球阀、球阀,有速闭加缓闭ROTO阀等等。

4)缓闭和速闭阀原理。

缓闭是由于当高压水锤波返回时阀门未关闭,其能量通过水泵回流泄出;

速闭不是指一般所谓速闭,是指当管道中水的流速降为零或接近零时,阀门速闭,从公式看出VO时,水锤增压值h极小。  

5) 阀门类型选择。

在功能可靠的前提下,注重水头损失,这类阀的水头损失差别很大;

速闭阀不能防护负压水锤;

非正常停泵条件下,压力升值不超过0.3倍水泵最大工作压力,水泵反转不超过正转的1.3倍。

5 压力试验问题

自来水厂站所用阀门和管网中的驱动装置有所不同,多采用电动、气动、液动驱动装置,阀门经常进行启闭,对其动作性能要求高。因此对厂站门进行的型式试验要有启闭循环次数的数据,在国外标准和我国行业标准中都有规定。  

原有的GBT 13927 -1992 通用门压力试验》标准,已被GBT13927-2008 <工业阀门压力试验》代替,标准中闸阀、蝶阀的密封性能试验要求进行0.6MPa的气体密封,经沟通可以逐步实现。

本文主要提示的是要在规定的操作扭矩下关闭阀门,且在不利密封的方向施加介质压力。 考虑到我国阀门生产技术水平,特大口径(如DN1600)阀门在不利方向密封性能试压时可降低压力,但不能低于70%。但当在自来水厂的管道中水流方向不变的,阀门要在对密封有利的方向安装,以达到最佳效果。 

阀门的储存、橡胶密封件的储存、阀门的运输、工地安装、运行管理问题也都是十分重要的问题,要在"自来水厂站常用阀门的选择与应用"专题中进行规定、提出要求,本文不再一一赘述。



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