水電廠閘閥通孔原因分析與防范

熊金華

摘 要：針對(duì)某水電廠使用的閘閥出現(xiàn)通孔現(xiàn)象采取磁粉檢測(cè)、超聲波厚度掃描等檢測(cè)方法收集整理數(shù)據(jù)，通過作圖分析找到了閘閥通孔的原因，對(duì)已通孔的閥門解體檢查驗(yàn)證了分析的正確性，為了提高閥門運(yùn)行的安全性，分別從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面深入分析，提出了防止水力發(fā)電廠閘閥通孔及損壞的措施，給出了閥門在工作過程中的運(yùn)行維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：水電廠；閘閥；通孔；運(yùn)行維護(hù)

1 概述

閘閥以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、良好的密封性能、耐磨損、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)越來越廣泛地應(yīng)用于水電廠輔機(jī)系統(tǒng)中，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)介質(zhì)的通斷控制，為水電廠發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定與控制發(fā)揮了重要的作用。然而，在使用過程中由于閥門參與控制的介質(zhì)種類、承壓能力選擇不當(dāng)，運(yùn)行方式不合理等原因?qū)е麻y門壁厚逐漸減薄甚至通孔損壞，由此對(duì)水力發(fā)電廠構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患，增加了檢修幾率和檢修成本。經(jīng)多年的分析和摸索發(fā)現(xiàn)：根據(jù)閥門內(nèi)流通介質(zhì)及壓力配套關(guān)系，選擇合理的閥門鑄造材料、合理的承壓能力，安排合理的運(yùn)行方式可大大減少閥門的故障率，提高安全性，有效節(jié)省運(yùn)行維護(hù)成本。

2 閘閥通孔原因的分析

某水電廠自2007年7月投產(chǎn)，技術(shù)供水系統(tǒng)閥門采用球墨鑄鐵閘閥，最大水頭117m、額定水頭102m、最小水頭75m，河流中懸移質(zhì)含沙量2.11kg/m3，在運(yùn)行過程中相繼發(fā)現(xiàn)多個(gè)閘閥通孔現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為找出通孔原因技術(shù)人員對(duì)閥門進(jìn)行分析，外觀檢查閥體表面防腐良好，除去表面防腐層并清洗后進(jìn)行磁粉檢查，未發(fā)現(xiàn)閥體裂紋，對(duì)閥體進(jìn)行超聲波厚度掃描，發(fā)現(xiàn)在閘板密封面與閥體接觸面右后方的閥體部位出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，大小約25×25mm，深度達(dá)25mm，為進(jìn)一步掌握確切數(shù)據(jù)，技術(shù)人員又選40×50mm范圍進(jìn)行超聲波厚度掃描，分別沿X和Y方向每隔10mm記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，如I區(qū)厚度表1，通過表1進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)周圍厚度從3.5-9.8mm不等，存在不同程度的減薄，減薄現(xiàn)象存在不均勻性，由此可近似做出圖1 I區(qū)內(nèi)表面近似形貌圖，從圖1中可以看出漏點(diǎn)周圍內(nèi)表面不是整體減薄，漏點(diǎn)附近減薄量最大，整體呈倒漏斗形，根據(jù)減薄的部位以及當(dāng)時(shí)閥門運(yùn)行工況和狀態(tài)，初步懷疑由于閥門閘板長(zhǎng)期處于半開位置，運(yùn)行過程中水流在閘板處的狀態(tài)發(fā)生改變，從而對(duì)閥芯后方閥壁造成氣蝕和沖刷，最終導(dǎo)致閥壁厚減薄，為進(jìn)一步證明這一結(jié)論，我們將表2中II區(qū)厚度轉(zhuǎn)化為減薄量后進(jìn)行繪圖，如圖2所示，可以看出II區(qū)內(nèi)表面整體呈現(xiàn)出平緩狀態(tài)，沒有較大變化。結(jié)合表1、2和圖2可以看出I區(qū)內(nèi)表面減薄明顯，但是漏點(diǎn)周圍厚度未達(dá)到0，仍然留存3-4mm，可見閥體沒有完全沖蝕通透。

通過上述數(shù)據(jù)分析，閥門通孔的原因是由于高壓水流通過DN300的閥門內(nèi)部流道時(shí)在閘板與閥體內(nèi)閘板引導(dǎo)槽接觸面上形成窄道，水流經(jīng)窄道后再擴(kuò)散向DN300的流道，由此在閥體內(nèi)部閘板引導(dǎo)槽底部形成沖刷與氣蝕，導(dǎo)致閥門體內(nèi)壁氣蝕減薄，減薄至一定程度后閥門暗存砂眼，造成漏水。從分析的數(shù)據(jù)看來閥門不存在裂紋，且閥門為局部缺陷，短期內(nèi)不會(huì)對(duì)主設(shè)備造成威脅。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，機(jī)組迎來了檢修期，技術(shù)人員對(duì)存在缺陷的閥門解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)部存在嚴(yán)重的沖刷、氣蝕現(xiàn)象，并且與試驗(yàn)分析結(jié)果相吻合，由此進(jìn)一步驗(yàn)證了分析結(jié)果的正確性。

3 閘閥通孔的防范措施

3.1 從設(shè)計(jì)與制造上把關(guān)

合理的設(shè)計(jì)事關(guān)閥門的壽命及運(yùn)行過程中的安全性，在水力發(fā)電廠使用的閥門中應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面重點(diǎn)考慮。

（1）流道設(shè)計(jì)。合理的流道設(shè)計(jì)一方面可以減少介質(zhì)損耗，另一方面可減少介質(zhì)與閥體的摩擦。

（2）材質(zhì)選擇。水電廠控制系統(tǒng)中閥門主要的通流介質(zhì)是油、水、氣，各種介質(zhì)中含有不同成份，在設(shè)計(jì)時(shí)有必要充分考慮閥門的材質(zhì)，根據(jù)通流介質(zhì)選擇合適的鑄造材質(zhì)，保證閥門具備耐老化、耐磨損的性能。

（3）制造。在制造過程中毛坯鑄件要求表面光潔，閥體組織致密，不得出現(xiàn)氣孔、溶孔、裂紋、夾砂等缺陷，制造時(shí)需進(jìn)行金相組織、機(jī)械性能、耐腐蝕性能和無損探傷等多種檢驗(yàn)，止出現(xiàn)導(dǎo)致閥門滲漏的缺陷。

（4）防腐措施。水力發(fā)電廠廠房?jī)?nèi)濕度較大，容易引起金屬部件的銹蝕，所以閥門在生產(chǎn)過程中的防腐程序不容忽視，閥門的內(nèi)部、外部均有必要采取可靠的防腐，適當(dāng)提高閥門壽命。

3.2 介質(zhì)與壓力選擇

（1）介質(zhì)選擇。閘閥在水力發(fā)電廠中主要用于技術(shù)供水系統(tǒng)、低壓供油管道系統(tǒng)，水中含沙量的、其它介質(zhì)所含的酸堿成分將加劇閥門的損壞速度，所以在使用過程中務(wù)必根據(jù)流通介質(zhì)選擇合理的閥門材質(zhì)。

（2）壓力選擇。壓力作為選擇閥門的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，在采購(gòu)前務(wù)必充分測(cè)算閥門所需要承受的壓力等級(jí)，合理選擇與工作壓力相匹配的閥門既可提高安全系數(shù)又可以有效控制預(yù)算。

3.3 合理安裝與調(diào)試

安裝過程中的工藝流程至關(guān)重要，科學(xué)合理的安裝與調(diào)試可有效防止閘閥受損，延長(zhǎng)閥門壽命。

（1）管道安裝后應(yīng)徹底清洗，防止通入介質(zhì)過程中管道內(nèi)殘留的焊渣、鐵屑、焊條頭等軋傷密封面，影響密封效果，同時(shí)可以避免閥門內(nèi)壁受刮傷磨損。

（2）管道與閥體連接處必須保持平整，不得出現(xiàn)明顯的凹凸過渡，否則在高速水流作用下易形成氣蝕，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，閥體內(nèi)壁逐漸氣蝕變薄，最終造成通孔。

（3）安裝時(shí)閥桿應(yīng)盡可能垂直向上，否則會(huì)出現(xiàn)閘板卡住的現(xiàn)象。

（4）在電動(dòng)閘閥安裝調(diào)試過程中的操作應(yīng)嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行，防止開啟行程過大或保護(hù)力矩過高而拉斷閥桿，損壞閥體壓蓋而造成泄漏。

（5）在安裝調(diào)試過程中，閥蓋處為填料密封的閥門，填料蓋壓緊應(yīng)適當(dāng)，過松將造成泄漏，過緊則增加閥門操作的阻力，過度擰緊有可能造成壓蓋T型螺栓斷裂產(chǎn)生泄漏，遇壓力高時(shí)可能造成事故。

3.4 合理的運(yùn)行方式和維護(hù)是重要保證

（1）在運(yùn)行過程中閘閥應(yīng)當(dāng)保持全關(guān)或全開狀態(tài)，不允許作節(jié)流用，同時(shí)盡量控制水流的含沙量，減少閘板密封面磨損。

（2）閘閥由全關(guān)向開啟方向操作時(shí)巨大的壓差將對(duì)閘閥的密封面產(chǎn)生磨損、氣蝕等作用，從而損壞閥門，因此在重要的高壓大口徑閥門前后應(yīng)增加旁路裝置以降低啟閉壓差。

（3）自緊密封設(shè)計(jì)的閥門在運(yùn)行過程中因?yàn)殚L(zhǎng)期承受波動(dòng)壓力沖擊，閥蓋容易下沉二引起泄漏，因此運(yùn)行一段時(shí)間后應(yīng)再緊固預(yù)緊螺栓，緊固的同時(shí)防止過度擰緊，否則容易造成壓蓋螺栓斷裂引發(fā)事故。

（4）啟閉力矩大于400N·m的閥門應(yīng)采用增力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，如齒輪機(jī)構(gòu)、撞擊手輪、帶軸承的閥桿螺母等，這樣容易關(guān)閉到位，有效防止閘板關(guān)閉不到位形成的高壓細(xì)流水對(duì)閥體進(jìn)行沖刷和氣蝕。

4 結(jié)束語(yǔ)

水力發(fā)電廠所使用的閘閥要求特殊，其質(zhì)量和結(jié)構(gòu)直接影響著安全生產(chǎn)工作的開展，合理的閥門設(shè)計(jì)、可靠的制造質(zhì)量、適當(dāng)?shù)倪x型、良好的運(yùn)行方式、科學(xué)的點(diǎn)檢定修是保證閥門安全和長(zhǎng)壽的保證，在閥門的配置過程中應(yīng)當(dāng)從源頭抓起，運(yùn)行過程中安排合理的運(yùn)行方式，在日常的巡檢過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)閥門出現(xiàn)的異常并及時(shí)消除，確保閥門工作在最優(yōu)的工作狀態(tài)，如此方可達(dá)到其設(shè)計(jì)的最佳效果。

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