2010年对阀门技术进步发展的要求
摘录《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》
40.4.1 综合要求
供水行业的泵和阀门设备至关重要,一旦出现问题,影响颇大,对阀门的综合要求应是运行安全,结构简单可靠,性能优良,水质卫生,节能,寿命长,操作灵活,便于维护等等.为此,要在密封,防腐,卫生,结构,材质,节能、同一规格主要零件100%互换性等方面全面提高,基本实现国产化.
40.4.2 对材质的要求
1. 阀体,阀板铸件应选用球墨铸铁,普及率在2010年前达到100%.且牌号不低于QT500-7或QT450-10.并采用树脂砂,部分采用消失模造型工艺,常用阀门以金属模成型,推广选用电炉生产的铁水铸件,以保证铸件的物理化学性能.
2. 阀轴一般选用马氏体不锈钢,如2Cr13,特殊要求的需选用奥氏体不锈钢如1Cr18Ni9或SUS316.
3. 金属硬密封件一般采用奥氏体不锈钢对奥氏体不锈钢或铝青铜对铝青铜.软密封结构采用橡胶时,应根据不同使用环境.可采用NBR(耐油),CR(耐老化,阳光)或EPDM(耐高温),但像胶硬度选择要得当,物理化学性能要保证.这是提高阀门质量的关键问题之一.
4. 轴系零件需用铜材时应用铝青铜,锡青铜.
5. 膜片采用尼龙强化橡胶。
40.4.3 防腐蚀涂层
1. 中小口径阀门内腔一律采用环氧混合粉末涂装,涂层厚度≥200µm.大口径阀门内腔需采用环氧树脂漆涂装.涂层厚度≥125µm.喷涂前必须对金属表面进行喷丸处理至近白级(Sa 21/2级),应在6h进行加温喷涂.
2. 对一些安装在露天的法兰蝶阀,排气阀等阀门外表面,在环氧涂装的外表面,宜再涂上一层耐紫外线的丙烯酸涂料(环氧涂料不耐紫外线照射).
3. 特殊需要(腐蚀性较大或是热水)内腔可做搪瓷处理.
4. 在涂装过程中对铸件局部毛糙之处需做补光处理时,其内腔修补必须用耐水且无毒的环氧腻子.
40.4.4 . 卫生要求
1. 对于水直接接触的材料均应符合国际水质标准要求,不得污染水质.
2. 黑色金属表面在未作涂装防护前严禁与介质接触.
3. 零件应尽可能用不锈钢材料.如果零件采用铜合金时,尽可能使用耐腐蚀性较好含锌.铅低的青铜,如使用场合对卫生要求特别高,也可以在有色金属甚至不锈钢的表面作环氧涂装(指在不妨碍使用功能的情况下),防止金属元素的过量析出.
4. 与介质直接接触的非金属材料(环氧涂层,橡胶,塑料等),均须采用无毒性材料,严禁使用再生胶,有饮用水要求的必须通过《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T 17219)或者国际权威的水质卫生机构WRC-NSF(英美水质卫生联合组织)的无毒性测试.
5. 阀门设备装配时严禁在内腔涂抹油脂制品,测试完毕包装前必须用新鲜清水把内腔冲洗干净,并将阀门进出口用封头或者封口不干胶封住,以防垃圾进入.
40.4.5 产品设计必须采用水头损失小的结构
节能意识极需加强,一个DN600阀门,如果水头损失1m,年耗电量是82632度/年,为此,每种阀门产品都应给出实测的阻力系数.
40.4.6 操作扭矩
手动操作机操作手轮输入破坏扭矩应大于400N.m,手动操作力矩不应大于200N.m.为此结构设计要合理,加工精度要提高,装配要细致,逐渐提出对扭矩的要求.
40.4.7 对不同用途,不同构造的阀门的要求
(1) 闸阀
闸阀有百年历史(特别是DN400口径以下)在各类阀门中仍占主导地位.由于金属密封有构造上的缺陷,所以20世纪70年代奥地利人改进为闸板全包橡胶的软密封闸阀。这种软密封闸阀的阀体取消闸板槽(平底),内腔环氧粉末喷涂,阀杆为不锈钢,具有耐腐蚀性好,不可见泄漏,阀板互换性好,带压可更换上密封件等等优点.在欧洲已逐渐替代硬密封闸阀,甚至成为硬密封闸阀的替代产品.我国正在制定行业标准.可望将在2010年,除特殊情况,在给水管道上更多地采用.
在给水管网采用时,当质量稳定,寿命15-25年时,可取消设置阀门井,用闸罐完成地面上操作,这种直埋技术有占地少,施工快捷等多个优点.
(2) 蝶阀(法兰连接)
法兰蝶阀,密封形式分为软密封型和硬密封型两大类.软密封又可分为传统软密封和自密封型软密封.构造一般又可分为单偏心,双偏心和三偏心.
早期管网中蝶阀几乎都是传统软密封型,但传统软密封型由于其阀瓣像胶圈压缩量是固定的,随时间的推移,橡胶的老化,其压缩比在减少,密封性能随之降低,同时由于其结构特点决定,无法保证双向密封,故在使用过程中,给工程使用带来很多不便,因此就产生了金属硬密封蝶阀用于管网系统实例,它能避免像胶老化及损坏的问题,有的型式甚至能满足双向密封要求,目前在上海,郑州,西安等地得到较广泛的运用,但金属硬密封蝶阀由于其密封面碰到硬质杂物,无法退让,造成密封面损坏无法修复,且卡到杂物往往会产生扭力超标,损坏传动机构,且一般不能做到不可见泄漏,当橡胶材质过关,密封副设计合理,软密封蝶阀在给水行业中仍应是主导结构型式,所以工程使用部门在选用金属硬密封法兰蝶阀时,应根据自己的工况特点选择,不能盲目选用.以免产生考虑不到的问题.
近几年来.市场上出现了自密封软密封法兰蝶阀,它较好克服了由于橡胶老化而产生密封比压下降现象.因为它的密封比压取决其自身的压力,故能实现双向密封.目前在上海.广州.深圳,东莞,天津,苏州.温州.成都,重庆等全国许多供水企业得到广泛应用,反映良好.在东莞,天津此类产品已使用至DN2600及DN2700(非标)口径.
2010年之前,应配合有关单位,生产企业,着重研究密封副的弹性结构,软密封.硬密封副的自密封和橡胶弹性及老化问题,普通蝶阀作为调流降压使用时,调节范围有限,不然会产生气蚀(其容许气蚀系数为2.5),为降低容许气蚀系数,国外有梳齿型(蝶板)蝶阀,其容许气蚀系数可降低很多,调节范围可以扩大,在2010年中进行研究,以扩大蝶阀的使用范围.
用于管网的阀门都必须双向密封,严格按照GB/T 13927《通用阀门压力试验》执行,且要求双向试验.用于滤池的电动驱动装置,其防护等级要求,宜采用IP67,有水淹没工况时,需采用IP68.
IP67防水要求,国家标准(GB4208)为,允许浅表时间浸水,如果长时间及非浅表浸水,则IP67就不能适用,必须选用更高一级所谓IP68.
IP68防水要求,国家标准(GB4208)为,供需双方协议,并无明确规定具体数据.
今后国内电动执行机构制造厂须认真对IP68防护等级提出具体规范和数据要求.
(3) 管道排气阀
理论研究和工程实践表明,较平坦供水管道气/水两相流有六种流态,即层状流,波状流,段塞流,气团流,泡沫流及环状流,因此,要排净管道内气体,排气阀就应具有在任何一种流态下都能快速大量排气,而不是仅能微量排气的功能,具体要求如下.
① 负压(P<-0.01MPa)大量注气.
② 正压(0.01Mpa<P<4.0MPa)无论是否水气相间大量高速排气缓冲关闭.
③ 少量气体时微量排气.
其中.第②条中”正压水气相间时大量高速排气并缓冲关闭”的性能,对一般供水管道最为重要.由于供水管道中气体常以多个不连续的大气囊形式存在,排气阀必须在这种情况下作到阀体充满水就关闭,充满气即开启,大,小排气口的大量排气,不产生大排气口打不开的”气托”现象,微量排气速度远远不够,易使气囊进入下游管段,发生“气堵”,造成爆管事故.在速度过大时,排气结束排气阀口应能自动缓闭,使排气阀关闭引起管道流速变化小于0.3m/s,压力升高不大于0.3Mpa.
当管道坡度较大或无气水相间流态时,亦可使用浮球式高速排气阀,高速排气(进气)阀应当100%达到行业标准要求,其空气关闭压力应由0.1Mpa提升到0.4Mpa以上,水密封压力应在≤0.02Mpa,当管道产生负压(水柱拉断)时,应有较大进气能力,管道内负压不超过0.035Mpa,超过时管道失稳,造成破坏。同时必须具备水关闭速度快之特点(大量排气结束,水位上升时,浮筒上升,阀瓣关闭),以及具备运行过程中小孔之排气能力,旧式双孔自动排气阀由于排气能力有限,到2010年前应全部淘汏,排气阀应经过严格的型式试验才能生产.由于试验装置难以在每个生产厂家设置,须要授权确认测试基地.
(4) 消除停泵水锤用阀门
水锤从不同角度,可分为四种.按关闭历时与水锤相µ=(2L/C)的关系分为直接水锤和间接水锤.按水锤成因的外部条件可分为启动水锤,非正常停泵的停泵水锤按水锤水力特性可分为刚性水锤理论和弹性水锤理论两种,按水锤波动的现象分为水柱连续现象和水柱分离的水锤现象两种.根据调查统计,在城市给水和工业企业的给水泵站中,绝大部分水锤事故都属于停泵水锤事故.水锤事故危害性很大,会导致管道和设备的骤然爆管.
一般管道末端关阀水锤是先发生高压,后发生低压,泵站中在非正常停泵时产生的停泵水锤的特点是先发生低压后发生高压,而且由于水泵电机旋转部分有一定的转动惯量,在停电后不是立即停止而是转速逐渐降低,仍处于水泵的工作状态,只不过扬程和水量都逐渐下降,当扬程降至与外部管道压力,流量变为0以后,水开始倒流,此时水泵仍在正转,受到流水的作用,而转速很快下降,此阶段为制动阶段,进一步当水泵转速为0以后受倒流作用,推动水泵倒转,而开始进入水轮机工作状态,随后压力才逐渐升起.
在整个低压(或负压)水锤波所延续的时间大于正常水锤波,低压(或负压)波时间,一般可由四五秒到七八秒.
当水泵出口未设止回阀时,停泵后水可以通过水泵大量倒流泄水,使正压水锤压力有效的减小,因此在一定的情况下可以消除水锤,防止水锤事故,但不能消除拉断水柱的水锤.
当水泵出口装有止回阀时或水泵出口阀提早关闭.在水倒流后水能冲击止回阀关闭.从而产生一个较大的关阀水锤,尤其当发生拉断水贮水锤时,回流水柱碰到关阀的止回阀上,将产生极大的水锤压力,这是我们主要的防护对象.
所以,停泵水锤防护专用阀门要适应这一过程的特点生产制造,而且在正常运行时水头损失要小,安全可靠.
分述如下:
1)多功能水泵控制阀是近年来开发的一种符合水泵控制要求的一种阀门,它能够实现正常开停泵,以及停泵时先速闭(防止水泵倒转过高)和后缓闭防止水锤等功能,但对流阻要求较高的场合要慎重选用,因为此类阀门由于其结构特点其流阻比同样功能其他结构形式的要高(特别是主阀板采用浮动结构的)
2)液压蝶阀
液压蝶阀控制功能在多功能基础上兼有蝶阀控制的功能,是具有更多功能的产品,如需要做正常的水泵控制要求外,还要在一定范围做调流控制要求,则可选用此类阀门,此类产品由于控制系统较复杂,日常维护成本较高,但水头损失比多功能水泵控制阀要低.
3)静音式止回阀
静音式止回阀是从德国引进的新一代止回阀,采用流线型设计,流阻低同时设计时充分考虑了实现快速关闭,在一定程度上也可避免产生水锤的设计构造,但如果要求关阀启动(这种状态是针对每次启动泵时管网中都是空的,用手动检修蝶阀来实现关阀启动较麻烦),则静音阀必须加配电动蝶阀和水泵联动才能实现此功能,同时如果是原水泵房(杂物较多)则选用静音阀时应慎重.
4)油压缓闭止回阀(微阻缓闭止回阀)
油压缓闭止回阀是一种在普通旋启式止回阀演变而来的一种能防止水锤产生的阀门,其分两段式关闭,停泵后先以较快的速度关闭,关至85%左右,再缓慢关闭防止水锤产生,此阀平时必须定期检查油位及漏油情况以免失效,且不便调整,中小口径要求不高的场合可以选择此类产品.
5)橡胶瓣止回阀(带油压缓冲)
橡胶瓣止回阀阀瓣采用全包胶,阀座可采用陶瓷喷涂工艺,有些工厂同时采用一种无阀轴型设计(斜盘角度为35°),在抗杂物,抗腐蚀,抗磨损,流阻方面均优于油压缓闭止回阀,同也采用了两段式关闭设计,可以在停泵后先以比较快的速度关闭,关至85%左右,再缓慢关闭防止水锤产生,非常适用于原水泵站及水质较差的场合,但介质压力较高(≥1Mpa)或DN>800的场合,则需慎重选用.同时此阀在使用过程中也必须定期检查气压和油位以免失效.
6) ROTO阀及球阀
ROTO阀及球阀是消除停泵水锤的较理想的产品,水头损失最小,寿命长,可达到无维修化管理,标准要求高的最适宜选用.
7)值得注意的是,非正常停泵不是每台泵都会产生破坏性水锤,要经过设计计算,产生破坏性停泵水锤时才需要安装能够消除水锤的阀门,除上述阀门外,尚有多种方法.如气压罐式水锤消除装置,调压塔,先导式安全泄压阀,爆破膜等,根据不同情况选用,可进一步研究筛选.但不管选用哪种阀门,水锤波压力不能大于工作压力的1.3倍.
(5)减压阀
大口径减压阀一般为先导式,DN≥250,Y型阀体维修时必须使用起重设备来起吊,Y型阀盖,阀轴等零件,由于其阀盖中心线和阀轴组合体中心线等不垂直于地平线,起重设备起吊较为困难,所以说Y型阀体维修需进一步研究和探讨.
膜片型减压阀进口压力一般不大于1.0Mpa,减压比可达到0.5 Mpa(减压比太大还会导致气蚀,振动较大),但由于大口径膜片在制作工艺上较难掌握,故在使用寿命上较难预测,因此一般对符合上述使用条件,重要性一般的管线可采用膜片式减压阀,口径较大时,可考虑采用活塞型减压阀.
(6)调流调压(消能)阀
大口径管线调流阀调节范围不大,要求较低的场合可采用蝶阀或者球阀,因为这两种膜的开度和流量是成非线性关系,控制精度较选用多喷孔与环喷型阀门.如果对流量压差调节范围很大应该选用多喷孔型及环喷型(或者叫固定锥形)阀门,压差调节范围很大(可达4 Mpa),这种阀的开度和流量成线性关系,同时性能可靠.气蚀系数仅为0.2~0.4.根据不同工况选用,应用越来越广阔.
减压阀虽然在管网中很少使用,但减压阀作为自动降低管路工作压力的专门装置,它可将阀前管路较高的水压减少至阀后管路所需的水平.减压阀广泛应用于高层建筑.城市给水管网水压过高的区域,矿井及其他场合,以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量.
(7)排泥阀
沉淀池中可用作排泥阀的阀门有传统的活塞式排泥阀,隔膜式排泥阀(带轴和阀盘),隔膜直接驱动式排泥阀,软密封偏心旋塞阀.
1)活塞式排泥阀,膜片式排泥阀
阀腔中轴和轴套间用的O型圈在泥沙水中较容易被磨损或导致轴和套间卡死.
2)软密封偏心旋塞阀
软密封偏心旋塞阀是近年来从发达国家引进的新型阀门,由于其设计采用了偏心全包胶单面阀瓣,不锈钢或者其他特种耐磨材料阀座,略带缩口的矩形流道.故导致该阀在操作扭矩,密封面磨损,泥砂(杂物)沉积,卡阻现象大大降低,故可广泛应用于清水,污水系统.配上气动或者电动驱动器,快速开启,可做一种较理想的排泥阀,在欧美发达国家水厂沉淀池,此类阀门就广泛被当作排泥阀用,但价格较高.
3)隔膜直接封闭式排泥阀
隔膜直接封闭式排泥阀是近几年我国自行设计的新一代排泥阀,分常开型和常闭型两种,较好的解决了密封不良及隔膜式阀轴卡阻等问题,阀座采用陶瓷喷涂新工艺,克服了金属座不耐磨现象,而且结构简单,维护方便,是一种理想的排泥阀,但膜片质量要求要高.
4)倒流防止器
是生活饮用水管道之间或饮用水与非饮用水管道之间防止倒流污染的设备,具有泄水导流,空气隔断等特点,任何工况都能严格限定单向介质流动,是先进国家普遍采用的设备,制造要求较高.严格按标准要求推广.