供水管網中閥門問題的研討

    1 閥門在供水管網中的功能

    供水管網將水廠送出的自來水輸配至千家萬戶，供水管網分布于城市的每個角落，供水管網的管道長度少至數百公里，多至數千公里。

    水的不可替代性和人們生存的必需性，決定了供水管網安全運行的重要性。但是由于主客觀多方面的原因，管道往往要出現一些故障，管網總是要不斷更新改造，用水戶經常要有增減因此局部管段的停水現象就是難以避免。為了縮小停水范圍，在管網內適當地安裝控制閥門乃是十分必要。因此在一座城市的供水管網中，閥門數量成千上萬，且無規則地分布于城市街道的下面。

    閥門是一種“養兵千日，用于一時”的控制設備，平時要求閥門開啟要到位，減少管段的水損失。一旦需要，閥門應能關閉迅速，切流可靠。

    閥門的完好率，關系到閥門的選型、閥門的制造、管路的設計、閥門的組裝、閥門的啟閉作業及閥門的管理，當然最主要的原因還是閥門的質量。

    2 問題研討

    通過 20 家自來水公司管網閥門使用情況的調研，通過對十家閥門制造廠的考察，體會到閥門在供水管網中作用大、數量多、分布廣，問題不少。供水管網中的閥門操作并不頻繁，長期待命，一旦召喚，難以奏效。因此，在閥門選型、閥門制造、閥門檢驗、閥門組裝、閥門管理上均有許多內容值得商討。

    2.1 閥門的選型

    (1) 閘閥與蝶閥

    在供水管網中為了降低管道覆土深度，一般口徑較大管道選配蝶閥，對覆土深度影響不大的，力求選配閘閥，致于口徑的分界線應各地按具體情況考慮。從近十年使用情況而言，蝶閥出現的故障比閘閥高，因此在條件許可的情況下，擴大閘閥的使用范圍是值得關注的。

    (2) 閘閥

    近年來，國內不少制造廠家，研制、仿制軟密封閘閥，這種閘閥比傳統的楔式或平行雙閘板式閘閥有如下特點：

    供水管網中閥門問題的研討軟密封閘閥的閥體、閥蓋采用精密鑄造法鑄造，一次成型，基本不機械加工，不使用密封銅環，節約有色金屬。

    軟密封閘閥底部無凹坑，不積存渣物，閘閥啟閉的故障率低。

    軟密封襯膠閥板尺寸統一，互換性強。

    因此軟密封閘閥將是供水行業樂意采用的一種形式。目前國內制造的軟密封閘閥口徑達 1500mm，但多數廠家制造的口徑在 80~300mm 間，國內制造工藝上尚有諸多問題，從此次考察的情況而言，閥門廠的閥體是委托國內鑄造廠用樹脂砂造型翻鑄的，軟密封閥板是從國外某公司進口的。因為軟密封閘閥的關鍵部件是襯膠閥板，而襯膠閥板的技術要求較高，國外也不是所有廠家都能達到的，往往是從質量可靠的廠方購進組裝。

    國內某些公司軟密封閘閥的銅螺母塊是嵌掛在襯膠閥板上方的，類似閘閥的結構，由于螺母塊的活動摩擦容易使閥板的襯膠剝離。閥門廠的軟密封閘閥，銅螺母塊是鑲嵌在襯膠閘板內，形成整體，克服了上述缺點，但閥蓋與閥體組合的同心度要求較高。

    啟閉軟密封閘閥時，千萬不應關閉過死，只要達到止水效果即可，否則不易開啟或襯膠剝離。閥門廠在閥門試壓檢驗時，使用扭力板手來控制關閉的程度，作為自來水公司的閥門操作人員也應效此種啟閉方法。

    (3) 蝶閥

    當前蝶閥選型中關注的幾個問題：

    a. 中線蝶閥

    中線蝶閥在我國小口徑蝶閥中使用量很大，效果也比較好。在制造方式上有兩大差別：一種閥體襯膠層后有支承架；一種閥體襯膠層后沒有支承架。前者襯膠量較少，后者過流面積較大。有人懷疑后者閥門使用壽命較短，但據調查并非如此。

    b. 立式與臥式蝶閥的比較

    在中、大型蝶閥中，閥軸存在立式與臥式的區別，通常立式蝶閥的覆土較深，水中雜物容易纏繞軸端，影響啟閉；臥式蝶閥的變速傳動箱在側旁，閥井在道路上占的平面位置較寬，影響安排其它管線。因此在中型中徑蝶閥用立式為多，大口徑蝶閥在平面位置許可的條件下力求臥式。無論立式或臥式，閥門啟閉指標均應采取措施，以便從地面上觀察到。

    c. 偏心蝶閥

    中線蝶閥的關閉密封，實質上一種橡膠襯層的擠壓密封，特別是閥軸附近受擠較大，這樣閥門的使用壽命受到影響，閥門的啟閉力矩偏大。為了減輕這方面的缺點，設計出一維、二維及三維偏心的蝶閥，其中研制的三維偏心蝶閥，理論的密封狀態是一種接觸密封狀態，不少廠家進行了這方面的研制，其中閥門廠的產品采用電腦控制的機床加工的，產品接近這方面的技術要求。

    偏心蝶閥在承載水壓上是有方向性的，特別是三維偏蝶閥反向承壓能力較弱。由于管網是環狀的，要求閥門兩向承受壓力的要求是相同的，因此訂貨時應強調此項要求。

    d. 軟密封與金屬密封

    供水行業使用的蝶閥多數是軟密封蝶閥，這種密封方式在使用中出現了以下問題：

    橡膠質量不佳，容易老化、長期受壓變形、擠壓開裂；

    閥門在制造過程中，難以保證蝶板在閥體腔中的同心度，往往以過度擠壓的方式解決密封問題，從而影響了閥門的使用壽命；

    立式蝶閥閥軸與軸套的加工精度及止推方式失調，導致蝶板晃動與下垂，形成了滲漏；

    蝶閥在安裝施工過程中膠圈受損，影響了密封性。

?    閥門廠針對上述問題進行了以下的改進：

    膠圈定點外協生產，加強質量把關，通常用于供水行業的閥門，選用三元乙丙橡膠和丁睛橡膠而天然橡膠用的不多，嚴禁摻和再生膠；

    對蝶板上的密封膠圈的整塊壓板改成短塊燕尾拼裝連接，以調節各部位壓板的擠壓程度來平衡蝶閥使用壽命，但這種調節技巧也是很難掌握的；

    在 DB 蝶閥及法蘭蝶閥，它們的密封膠圈鑲嵌在燕尾槽內，有一定的活動余量，可以自行調節蝶閥關閉時膠圈的擠壓狀況；

    推出一種“氟塑料”密封圈替代橡膠密封圈，提高密封圈的耐磨性及抗老化性；

    推出金屬密封蝶閥替代膠圈密封蝶閥。

    金屬密封蝶閥由于密封件的彈性較小，一般采用偏心結構，特別是用三維偏心結構較為理想。金屬密封蝶閥原用于高壓蒸汽管路上，價格較貴，它在運行中密封面不易損傷，但它的制造精度要求較高，一旦滲漏難以修復。

    (4) 球閥與旋塞閥

    蝶閥的主要缺點是蝶板占據一定的過水斷面，增大一定的水頭損失；閘閥雖無此問題，但大口徑立式閘閥的高度影響管道的覆土深度，大口徑臥式閘閥的長度，增大管線占據橫向面積，影響其它管線的安排；球閥及旋塞閥則保持了閘閥的過水斷面，又克服了它的缺點。球閥具有結構簡單、流阻小、密封可靠、動作靈活，維修及操作方便等優點。旋塞閥亦具有類似優點，唯過水面積不是正園形。

球閥及旋塞閥均比蝶閥重，鑄造及加工難度大，價格較貴，一般適用于中小口徑管道上。近十年由于鑄造技術的改進，采用消失模法或樹脂砂法鑄造，可避免或減少機械加工，從而降低了成本，因此球閥用于大口徑管道上的可行性值得探索。

    近年閥門廠，研制出扇形偏心旋塞閥，扇形閥板上襯有橡膠，密封性好，啟閉力矩小，過流面積大，并通過了機械部閥門檢測中心作過閥門啟閉耐久性檢驗及流阻檢測，從而填補了國內此類閥型的空白。

    2.2 閥門的材質

    (1) 供水管網中的閥門，過去閥體、閥蓋、變速傳動箱材質多數是灰口鑄鐵，部分為球墨鑄鐵。鑒于管材、管件均推廣使用球墨鑄鐵，閥門的材質亦應如此。從而提高鑄件的質量，且降低閥門的重量，特別是閥板首先應使用球鐵件 (QT405-10)。

    應該指出，由于閥體各部位厚薄不一，鑄件球化的難度是較大的，應有相應的措施，確保鑄件質量。目前閥體鑄造上尚存在一些問題，譬如球墨鑄鐵的理化指標除個別廠家外，多數控制不嚴，并且用型砂翻鑄，大量以機械加工成型。建議各廠家建立嚴格的質量控制體系，對于數量較大的中小口徑閥門采用消失模法造型，大口徑閥門采用樹脂砂造型，并且要求鑄件應有有效消除內應力的措施，推廣拋丸清砂措施。鑄件的缺陷，不允許用焊補方式消除，否則應采取措施消除焊補形成的內應力，進行更嚴格的檢驗，并向用戶說明情況。

    目前不少閥門制造廠家鑄造件采用外協方式解決的，以優勢互補的方式，購置外協部件組裝亦是一種經營方式，關鍵是對外協件的質量控制要嚴格。當然對于購置低質的部件，略加裝飾，扣上自身的廠牌，高價出售的作法是應制止的。

    (2) 閥桿建議一律采用 2CR13 不銹鋼材。

    (3) 閥桿螺母建議采用鑄鋁黃銅或鑄鋁青銅，且螺母的硬度及強度大于閥桿。

    2.3 閥門的啟閉力矩

    為了人工或機具啟閉的輕便，閥門在工作壓力下的啟閉力矩 ≤240N?m，也就是一個人操作即可。

    希望閥門制造廠家首先優化閥門結構的設計，提高部件組合的同心度、活動部件接觸面的光潔度，減少啟閉阻力。倘若僅僅靠變速傳動箱的變速比，增加啟閉轉數的方式來減少啟閉力矩是不理想的。為了這一目的，機械加工手段的更新是不容忽視的，如閥門廠為了提高機械加工的質量，大量配備電腦程控的機床及加工中心，是值得贊許的。

    2.4 閥桿的密封填料

閥門的滴漏往往出現在閥桿的密封填料上，特別是大口徑閥門因填料的維護而停水，代價是昂貴的。因此對于提高密封填料的耐久性是十分必要，一方面用料恰當，不易老化，二方面要求填料磨損很小，加之管網中閥門啟閉次數有限，應力求數十年不更換為好。閥門廠對于 DN100-2600mm 的各類閥門的閥軸盤根填料均采用三道細膠圈及一個膠質防護罩，只要閥體、閥蓋組裝的同心度有保證，膠圈接觸面的光潔度好，可保證十年啟閉不滴漏，這種閥軸密封方式比起人字形膠圈、彈性石墨填料等簡單，并使啟閉力矩減少等優點，值得借鑒。

    2.5 閥門的變速傳動箱

    大口徑閥門由于啟閉力矩的關系，配備了變速傳動箱。對于這樣的部件希望制造中注意以下幾點：

箱體上有啟閉限位的裝置，這種裝置的調節螺帽應設在箱體內。

箱體結構盡量小巧并牢固，若啟閉操作過度，不致于箱體破裂。

    傳動結構設計合理，啟閉時只能帶動閥軸旋轉，不使其上下竄動；傳動部件咬合正常，不產生帶負荷啟閉時分離打滑。

    變速傳動箱在地下水位較高的地區往往容易被水浸泡，所以箱體應有密封措施。有些閥門制造廠家把閥軸填料處的外殼與變速傳動箱連成整體，一旦填料處漏水，就很容易串入箱體內，這一點是值得改進的。

    2.6 閥門的操作機構

供水管網中的管道通常暗埋，閥門設井保護，明桿閥門是不適用的，閥門的啟閉力求從地面作業，因此閥門啟閉端應設方榫帽，而手輪是不適宜的。啟閉方向一律要求順時針旋轉關閥，訂貨時應以明確。

閥門的啟閉度應有標示盤，這種標示盤應從地上觀察到，標示盤的刻度應鑄造在鑄件上，可刷上熒光粉，以便醒目。不應使用鋁皮等材料，指針與啟閉限位的刻度應安裝前調試好，并鎖定。

    2.7 閥門的性能與測試

    評價閥門的性能與性能檢測時，要關注以下幾點：

    閥門在工作水壓下啟閉靈活、輕便，在工作水壓下用扭矩搬手檢測開啟力矩。

    閥門關閉嚴密，在 1.1 倍工作水壓下，不滲漏或滴漏符合標準要求(金屬密封的蝶閥)，這要求閥門的兩側輪流承壓、分別檢測，且多次啟閉達到同樣效果。要求各種口徑、不同類型的閥門，均應在制造廠家及有檢測資格的單位，進行帶負荷啟閉的壽命檢測。這種檢測也包括對閥軸密封效果的評價。

    閥門過流能力要強。特別是蝶閥，蝶板的過流阻力要小、過流有效面積要大。這要求各種口徑、不同類型的閥門也應在有檢測資格的單位，進行流阻系數的測定。

    閥體承內水壓的能力應與管道一致，也就是閥門開啟狀態下，閥門能承受管道試驗壓力的要求。

    對 DN≤600mm 閥門，也要進行壽命、流阻、扭矩等的測試。

    2.8 閥門的內襯與外防腐

    閥門是產品，外觀質量一方面是產品的形象，另一方面安裝在閥井內，有時浸泡在水中，有時位于潮濕的空間，防止銹蝕是重要的。閥門是輸送飲用水設備，閥體內襯材料一定要無毒，要耐腐蝕、耐磨，要光潔，使水流阻力小。特別是蝶閥的蝶板上，壓板、螺栓、蝶板材質不同，很容易發生電化學腐蝕，腐蝕生成的鐵銹延伸至密封面，影響閥門的密封效果，因此內襯要復蓋完善。

    理想的作法是閥體、閥蓋、變速傳動箱體內外拋丸清砂后，再作靜電噴涂無毒環氧樹脂，可以達到上述的效果。

    2.9 閥門的說明書

    閥門是設備，在設備出廠時的說明書上應標明以下技術數據：

    閥門規格；型號；工作壓力；制造標準；閥體材質；閥桿材質；密封材質；填料材質；閥門啟閉方向；轉數；工壓狀況下啟閉最大力矩；制造廠廠名：出廠日期：重量；連接法蘭盤的孔徑、孔數、中心孔距，并希望以圖示方式標明長、寬、高的控制尺寸；標明流阻系數；有效啟閉次數及安裝、維護注意事項等。

    2.10 閥門的采購

    全國閥門制造廠家約 2000 多家，有些廠家僅幾個人的作坊，因此閥門制造質量及價格懸疏很大。為此，強烈呼吁有關方面整頓閥門制造行業，建立質量許可證制度，取締偽劣產品。采購閥門時建議注意以下幾點：

    (1) 選購廠家切勿單一，貨比三家。

    (2) 選購的廠家力求是通過了 ISO9001 質量體系認證的企業，并注意所選的產品是否是通過了質量認證的產品。

    (3) 根據閥門的用途不同，按上面研討的問題，述及的論點，提好技術要求。

    (4) 較高質量的閥門，價格亦相應較貴，應根據企業的總體情況，在性能價格比上選到適應企業需要的產品，不可能是一個模式，一樣的價格。

    (5) 管網中的閥門，啟閉是不頻繁的，但要拆換維修，卻經濟效益與社會效益的損失是較大的，因而選購質量較好，長期可不檢修的產品是共同的愿望。若因多種原因，將性能價格比放低一點，那就要著重考慮產品售后服務的及時性。

    (6) 閥門是設備，閥門包裝是不應忽視的，小口徑閥門應力求集裝箱運輸，大口徑閥門要作好相應的包裝，要保證閥門在長途運輸中的完好性。必要時法蘭盤應加堵板，保護密封面的材質不發生大的變化。

    (7) 不少自來水公司對采購的閥門都要進行適當解體檢查，重新試壓檢驗，不合格的產品，不付款的措施，具有一定的作用。

    (8) 閥門應存放在庫房內，若是特大口徑閥門無法放入庫房時，露天擺放也應注意底部排水，上面應有遮蓋，決不應日曬雨淋。現在不少廠家制造出的新閥門一直放在露天日曬雨淋，閥門使用單位亦是這樣，這務必糾正。

    2.11 閥門的組裝

    (1) 閥門與管道的連接方式

為了便利閥門的裝拆，一般在閥門與管道連接一側安裝可固位伸縮器，有些企業對于 DN≤400mm 的閥門用單盤連軸器（活法蘭）代替固位伸縮器。

    (2) 閥門不宜過早進入工地

管道施工是一個較長的過程，施工負責人往往擔心材料供應上的問題，開工就把閥門等附屬設備領到工地，甚至按安裝樁號一次性運至現場，這樣閥門在數月內擺在工地日曬雨淋，無人監管，問題也就容易產生。

建議管道施工過程中，用雙平替代管的方式連接，待管道施工完畢，管內雜物清掃及閥門井砌筑后（井上預制鋼筋砼板未蓋上），再將閥門運至工地逐個安裝就位，然后完成砌井的收尾工作。北京市自來水公司大口徑閥門安裝就是采取這樣的措施，值得借鑒。

    (3) 閥門組裝后的檢驗

閥門監理驗收人員在閥門現場組裝后，應對組裝情況進行檢查，看是否符合圖紙要求；是否符合運行管理的需要；啟閉檢查，啟閉指示讀數與實際啟閉情況是否吻合；啟閉轉數是否與說明書一致；大口徑管道還應鉆入管內檢查與清洗密封面；并作好驗收記錄，建立好閥門技術檔案。

    2.12 閥門的運行管理

    閥門能否啟閉良好，不僅要閥門選型恰當、產品質量好、精心施工安裝，而且還要周到的管理，才能起到“養兵千日，用兵一時”的效果。

    良好的運行管理體現在以下三個方面：

    技術資料齊備；閥門運行管理周到；閥井狀況良好。

    (1) 閥門的技術資料

    閥門的技術資料，包括閥門出廠說明書；閥門購進后的檢驗合格單；閥門組裝及位置卡片；閥門檢修記錄。對于街道的變遷，閥門卡片應及時更新，力求建立 GIS 管理系統。

    (2) 閥門運行管理

    閥門運行管理的質量要求包括閥門應關閉嚴密或基本嚴密；閥門軸桿密封填料處不串漏；閥門啟閉輕便，指示完好。閥門運行管理日常工作包括閥門歷次啟閉操作單的報批記錄及操作記錄的完善；閥門定期周檢的啟閉記錄等。對于長期沒操作過的閥門，根據口徑的大小，定出不同的周檢周期是必要的，一般僅啟閉活動數拾轉，若要作完全關閉操作則慎重。對于發現的故障應提出相應的大中修計劃，及時處理，特別關閉后無法開啟的閥門應像搶修爆管一樣進行緊急處理。

    (3) 閥井狀況

    閥井狀況包括閥井砌筑符合設計要求；井蓋無損與路面銜接完好；操作閥門的孔位準確；井內無雜物及污水；閥門表面無銹斑。由于閥井內是一密閉的空間，容易形成缺氧，二氧化碳含量升高，一旦維修人員下井作業前不進行強鼓風、換氣等措施，容易危及人的生命。在條件許可的情況下，大口徑閥門井應考慮井內空氣可長期對流的技術措施為好。對于閥井應定期巡示，及時處理壓埋問題，對于井蓋丟失、損壞則應像搶修爆管一樣緊急處理。