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浅谈阀门在供水管网中的运用

2014/11/1 13:37:04

转自:二次供水网   

 

      管网作为城市发展的基础, 能否安全稳定运行至关重要。而阀门作为供水管网中的重要控制设备,它不仅能控制管网中的流量和压力,而且在抢修时能迅速关闭事故管段。因此对阀门的要求就要停水迅速、操控方便、结构简单,性能优良。但是在实际的供水管网建设中,由于阀门的使用数量较大,加上管理上重视不够和产品的材质和工艺技术落后等诸多原因,对供水企业造成不小的损失,并且损失在不断加大,因此如何选用优质的阀门,如何合理的设计阀门的安装位置和规格,是当前我们所急需解决的一项重要问题

  关键字:供水、阀门、水厂、管网

  目次

  一、引言

  二、研究意义

  三、阀门的类型、原理与优缺点

  四、阀门在供水管网中的运用

  五、结论

  一、引言

  随着阀门的类型和技术日益更新,阀门设备广泛用于管网系统与净水构筑物中,它是处理液体的控制装置,它在供水行业中至关重要,无论是在城市管网中,还是在水厂的运行中,阀门一旦出现问题,影响颇大,所以我们对阀门的综合要求是运行安全,结构简单可靠,性能优良,能保证水质卫生,节能,寿命长,操作灵活,便于维护等。

 

  二、研究意义

  虽然这几年全国各供水行业对阀门越来越重视,要求也越来越高,但始终还是受到设计时,对阀门的选择不当,安装时不够规范,抢修停水时阀门不能及时关闭,需扩大停水范围,等事件的困扰,造成企业建设成本和维修成本的无端、大幅增加,同时,市民对扩大停水范围的做法也怨声载道,阀门的选择和管理,不但可提高企业管理效率、节约成本、并且,还可以提高服务质量,提高企业形象。

  三、阀门的类型、原理与优缺点

  1、闸阀:闸阀是指关闭件(闸板)沿通道轴线的垂直方向移动的阀门,在管路上主要作为切断介质用,即全开或全关使用。一般,闸阀不可作为调节流量使用。它的闭合原理是闸板密封面与阀座密封面高度光洁、平整一致 ,相互贴合,可阻止介质流,并依靠顶模、弹簧或闸板的模形,来增强密封效果。它可以适用低温压也可以适用于高温高压,并可根据阀门的不同材质。但闸阀一般不用于输送泥浆等介质的管路中。闸阀按阀杆螺纹分两类 ,一是明杆式 ,二是暗杆式。按闸板构造分 ,也分两类,一是平行,二是锲式。目前桂林市区管网中DN300以下的多为闸阀,现代化水厂的源水自流管的进水阀门、折板反应池的排泥阀、V型滤池的进水阀、冲洗水泵出水管的气动阀都使用的是闸板阀。
    优点:①流体阻力小;②启、闭所需力矩较小;③可以使用在介质向两方向流动的环网管路上,也就是说介质的流向不受限制;④全开时,密封面受工作介质的冲蚀比截止阀小;⑤形体结构比较简单,制造工艺性较好;⑥结构长度比较短。 
    缺点:①外形尺寸和开启高度较大,所需安装的空间亦较大;②在启闭过程中,密封面人相对摩擦,摩损较大,甚至要在高温时容易引起擦伤现象;③一般闸阀都有两个密封面,给加工、研磨和维修增加了一些困难;④启闭时间长。 
    2、蝶阀:顾名思义蝶阀关键性部件好似蝴蝶迎风,自由回旋。蝶阀的启闭件阀瓣为圆盘式,它是通过启闭件往复回转90°左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。目前桂林市区管网中,DN300以上的多为蝶阀,现代化水厂管道的大型阀门也多数使用的是蝶阀。比如说沉淀池的放空阀、水泵的进水阀与出水阀(冲洗水泵例外)、滤池的出水阀、排水阀、水冲与气冲阀等。
    优点:①结构简单,体积小,重量轻,耗材省,特别用于大口径阀门中;②启闭迅速,流阻系数小;③可用于带悬浮固体颗粒的介质,依据密封面的强度也可用于粉状和颗粒状介质。可适用于通风除尘管路的双向启闭及调节,广泛用于冶金、轻工、电力、石油化工系统的煤气管道及水道等。能够使用蝶阀的地方,最好不要使用闸阀,因为蝶阀比闸阀经济,而且调节性好。
    缺点:①流量调节范围不大,当开启达30%时,流量就将进95%以上。②由于蝶阀的结构和密封材料的限制,不宜用于高温、高压的管路系统中。一般工作温度在300℃以下,PN40(6~40)以下。③密封性能相对于球阀、截止阀较差,故用于密封要求不是很高的地方。 
    3、球阀:是由旋塞阀演变而来,它的启闭件是一个球体,利用球体绕阀杆的轴线旋转90°实现开启和关闭的目的。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向,设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。球阀分两类,一是浮动球式,二是固定球式。水厂加氯管道与加矾管道使用了固定球式、脱水车间的储水罐则使用了浮球阀。

优点:①具有最低的流阻(实际为0);②因在工作时不会卡住(在无润滑剂时),故能可靠地应用于腐蚀性介质和低沸点液体中;③在较大的压力和温度范围内,能实现完全密封;④可实现快速启闭,某些结构的启闭时间仅为0.05~0.1s,以保证能用于试验台的自动化系统中。快速启闭阀门时,操作无冲击。⑤球形关闭件能在边界位置上自动定位;⑥工作介质在双面上密封可靠;⑦在全开和全闭时,球体和阀座的密封面与介质隔离,因此高速通过阀门的介质不会引起密封面的侵蚀;⑧结构紧凑、重量轻,可以认为它是用于低温介质系统的最合理的阀门结构;⑨阀体对称,尤其是焊接阀体结构,能很好地承受来自管道的应力;⑩关闭件能承受关闭时的高压差。⑾全焊接阀体的球阀,可以直埋于地下,使阀门内件不受侵蚀,最高使用寿命可达30年,是石油、天然气管线最理想的阀门。 
    缺点:①因为球阀最主要的阀座密封圈材料是聚四氟乙烯,它对几乎所有的化学物质都有是惰性的,且具有摩擦系数小、性能稳定、不易老化、温度适用范围广和密封性能优良的综合性特点。但聚四氟乙烯的物理特性,包括较高的膨胀系数,对冷流的敏感性和不良的热传导性,要求阀座密封的设计必须围绕这些特性进行。所以,当密封材料变硬时,密封的可靠性就受到破坏。而且,聚四氟乙烯的耐温等级较低,只能在小于180℃情况下使用。超过此温度,密封材料就会老化。而考虑长期使用的情况下,一般只会在120℃不使用。②它的调节性能相对于截止阀要差一些,尤其是气动阀(或电动阀)。 
    4、截止阀:是指关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门。它的闭合原理是,依靠阀杆压力使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合,阻止介质流通。根据阀瓣的这种移动形式,阀座通口的变化是与阀瓣行程成正比例关系。由于该类阀门的阀杆开启或关闭行程相对较短,而且具有非常可靠的切断功能,又由于阀座通口的变化与阀瓣的行程成正比例关系,非常适合于对流量的调节。因此,这种类型的阀门非常适合作为切断或调节以及节流用。截止阀分为三类:直通式、直角式及直流式斜截止阀。脱水车间隔膜挤压管道系统上安装了截流阀。
    优点:①在开启和关闭过程中,由于阀瓣与阀体密封面间的摩擦力比闸阀小,因而耐磨。②开启高度一般仅为阀座通道的1/4,因此比闸阀小得多;③通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面,因而制造工艺性比较好,便于维修。④由于其填料一般为石棉与石墨的混合物,故耐温等级较高。一般蒸汽阀门都用截止阀。 
    缺点:①由于介质通过阀门的流动方向发生了变化,因此截止阀的最小流阻也较高于大多数其他类型的阀门;②由于行程较长,开启速度较球阀慢。截止阀只许介质单向流动,安装时有方向性。它的结构长度大于闸阀,同时流体阻力大,长期运行时,密封可靠性不强。 
    5、隔膜阀:是指在阀体和阀盖内装有一挠性膜或组合隔膜,其关闭件是与隔膜相连接的一种压缩装置。阀座可以堰形,也可以是直通式。压缩装置是由阀杆所操作而上下移动,当压缩装置上升,膜片就高举,而造成通路,当压缩装置下降,膜片就压在阀体堰上(堰式阀)或压在轮廓的底部(直通式),而造成断路。脱水车间管道系统上安装了薄膜调节阀   

  优点:①操纵机构与介质通路隔开,不但保证了工作介质的纯净,同时也防止管路中介质冲击操纵机构工作部件的可能性,阀杆处不需要采用任何形式的单独密封,除非在控制有害介质中作为安全设施使用;②由于工作介质接触的仅仅是隔膜和阀体,二者均可以采用多种不同的材料,因此该阀能理想控制多种工作介质,尤其适合带有化学腐蚀或悬浮颗粒的介质。③结构简单,只由阀体、隔膜和阀盖组合件三个部件构成。该阀易于快速拆卸和维修,更换隔膜可以在现场及短时间内完成。 
    缺点:①由于受阀体衬里工艺和隔膜制造工艺和限制,较大的阀体衬里和较大的隔膜制造工艺都很难,故隔膜不宜用于较大的管径,一般应用在DN≤200mm以下的管路上。②由于受隔膜材料的限制,隔膜阀适用于低压及温度不高的场合。一般不超过180℃;③调节性能相对较差,只在小范围内调节(一般在关闭至2/3开度时,可用于流量调节)。 
    6、安全阀:是指在受压容器、设备或管路上,作为超压保护装置。当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时,阀门自动开启,继而全量排放,以防止设备、容器或管路和压力继续升高;当压力降低到规定值时,阀门应自动及时关闭,从而保护设备、容器或管路的安全运行。 安全阀必须设计成有全开急泄的作用。加药间的隔膜计量泵投加系统、鼓风机的出风管上与脱水车间隔膜挤压管道系统上都可安装安全阀。

  7、蒸汽疏水阀:在输送蒸汽、压缩空气等介质中,会有一些冷凝水形成,为了保证装置的工作效率和安全运转,就应及时排放这些无用且有害的介质,以保证装置的消耗和使用。它有以下作用:①能迅速排除产生的凝结水;②防止蒸汽泄露;③排除空气及其他不凝性气体。 疏水阀种类很多,有浮筒式、浮球式、钟形浮子式、脉冲式、热动力式、热膨胀式。常用的有浮筒式、钟形浮子式和热动力式。脱水车间管道系统上安装了疏水阀。
    8、减压阀:是通过调节,将进口压力减至某一需要的出口压力,并依靠介质本身的能量,使出口压力自动保持稳定的阀门。一般阀后压力要小于阀前压力50% 。减压阀种类很多 , 主要有活塞式和弹簧薄膜式两种。活塞式减压阀是通过活塞的作用进行减压的阀门,弹簧薄膜式减压阀,是依靠弹簧和薄膜来进行压力平衡的。水厂加氯系统管路与脱水车间管路使用的是减压阀。 
    9、止回阀:又称逆流阀、逆止阀、背压阀和单向阀。这些阀门是靠管路中介质本身的流动产生的力自动开启和关闭的,属于一种自动阀门。止回阀用于管路系统,其主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转,以及容器介质的泄放。止回阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上。主要可分为旋启式(阀瓣依靠重心围绕座外的销轴旋转,这类阀门有单瓣、双瓣和多瓣之分,但原理是一样的。)与升降式(阀瓣沿着阀体垂直中心线移动。这类止回阀有两种 :一种是卧式,装于水平管道,阀体外形与截止阀相似,另一种是立式,装于垂直管道。)。另外水泵吸水管的吸水底阀是止回阀的变形,它的结构与上述两类止回阀相同,只是它的下端是开敞的,以便可使水进入。取水泵房后管道、提升泵房的所有水泵后,脱水车间的管路系统都可安装止回阀。矾池可使用了吸水底阀。
    10、背压阀:止回阀的一种,顾名思义就是提供泵出口止回阀的复位压力,使得无动力止回阀能够快速复位,这种装置在隔膜计量泵上常用。水厂的隔膜计量泵后管路可使用背压阀

  11、电磁阀:电磁线圈通电后产生磁力吸引克服弹簧的压力带动阀芯动作。电磁阀又分活塞式和膜片式,都有一个主阀芯和副阀芯,主阀芯是控制介质通道,副阀芯是控制压力传递通道的,所以电磁阀一般要求通过介质必须要有一定压力才能正常地开关,如果介质是无压或压力过低的情况下最好不要选用电磁阀。另外,介质中悬浮物含量较高的情况下也尽量不要用电磁阀,否则将副阀芯控制通道堵塞后,就不能正常工作了。水厂所有的气动阀门上都有电磁阀来改变气体流向从而打开与关闭气动阀门;还有V型滤池的排气阀、矾池的进水阀等。

  12、电动阀:是通过阀体上一个电动机驱动阀杆运动带动阀芯动作,来传动阀门开闭的,其通过的介质压力不影响其开关。电动阀分关断阀和调节阀。电动关断阀是两位式的工作即全开和全关,阀开和阀关都有阀位信号。电动调节阀是电动机驱动伺服放大器控制,在电动调节阀上安装电动阀门定位器,通过闭环调解来使阀门动态的稳定在一个位置上,电动调节阀是允许有泄漏量的。水厂的取水泵房取水泵后采用了可调节开度的电动蝶阀,加药间的加氯管道与加矾管道也可使用电动球阀等。

  13、气动阀:顾名思义就是利用气体驱动,靠电磁阀来改变气体流向从而打开与关闭阀门。常用的执行机构有摆缸(旋转开启如蝶阀),直行程气缸(如闸板)。其优点是反映快速,可调节开度,使用寿命长等。使用过程中,一定要注意气源质量,应干燥、无油、无杂质,并保证气源压力范围。现代化水厂使用在折板反应池排泥,V型滤池的气动闸板进水上、还有可调节气动清水阀、气动排水阀、气动水冲蝶阀、气冲阀、冲洗泵房鼓风机与冲洗水泵的气动出风阀与出水阀等。

  五、阀门在供水管网中的运用

  供水管网作为城市发展的基础, 能否安全稳定运行至关重要。而阀门作为供水管网中的重要控制设备,它不仅能控制管网中的流量和压力,而且在抢修时能迅速关闭事故管段。因此对阀门的要求就要停水迅速、操控方便、结构简单,性能优良。但是在实际的供水管网建设中,由于阀门的使用数量较大,加上管理上重视不够和产品的材质和工艺技术落后等诸多原因,对供水企业造成不小的损失,并且损失在不断加大,因此如何选用优质的阀门,如何合理的设计阀门的安装位置和规格,是当前我们所急需解决的一项重要问题,原则上DN400以下管道用闸阀,DN400以上管道用蝶阀,这样配置的主要原因是:

  • 城市供水管网系统,安装的阀门数量众多,功能各异,口径大小不一,安装位置也随管道分布各有不同。
  • 闸阀的启闭操作方便,启闭时间长,形体结构比较简单,维护简单便利,但是外形尺寸和开启高度较大;蝶阀体积小,启闭迅速,其圆盘式启闭宜于流量控制,调节性较好;给水管道在市政道路的覆土基本在0.7~1米左右,考虑施工的安装条件和阀门的工作高度。
  • 实际运行中较小口径的管道阀门使用多用于截止水流,而大口径的管道则通过阀门调节流量

  因此,综合管网维护管理的统一性,流阻较小、水流通道为直通式的蝶阀、闸阀在管网运行中广泛运用,DN400及以上管道选用蝶阀,小口径管道选用闸阀。

  六、结论

  终上所述,阀门设备是供水管网运营及现代化水厂的重要设备,其产品质量的好坏和设计选用的合理性,成为供水企业管网及水厂能否安全运行的关键因素,只有对合理设计---严格选用---规范的安装---日常维护,每个环节都严格的把关,科学化、现代化的管理,才能保证阀门的运行质量,从而保证净水构筑物与其他设备的正常运行,确保优质供水,使市民喝上放心水。

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