供水工程中調流調壓閥的選型及應用

靳衛華，謝鴻璽，馮玉林，李妍，李偉

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

某地區現狀供水工程設計供水能力為5000m3/d，實際最高日供水為3300m3/d，正常情況下完全可以滿足地區目前需水要求，但由于供水水源為南川河地表徑流，受客觀條件的制約存在以下問題。

（1）枯水期水量嚴重不足甚至斷流直接影響正常供水。（2）汛期由于河水泥沙含量大，超出了目前凈化水廠的處理能力，使供水水質得不到保證。（3）由于取水口上游大部分控制流域面積屬黃龍縣城，給水源保護帶來諸多不便。

為了從根本上解決供水問題，供水應選用劉莊水庫作為主水源，木頭溝水庫作為調節和備用水源，建設供水工程可以從根本上解決城區中遠期供需水矛盾，工程主要包括如下四大部分。

（1）取水工程，工程設計取水能力11000m3/d。（2）原水輸水管道及減壓站工程，全長24.76km，沿途修建2座減壓站。（3）凈化水廠工程，設計供水規模為10000m3/d。（4）凈水輸水管道工程，全長8.58km。

該工程利用地形的自然高差采取重力自流供水。首先自取水頭部經管道將原水引入凈化水廠，由于中途高差較大，在英旺和木頭溝分別設一座減壓站，原水在凈化水廠經過減壓調流、凈化處理達標后經凈水管道輸入城區管網。

1 調流調壓閥設置

本工程采用自然高差采取重力自流供水，從劉莊水庫水源點至凈水廠高程差達到191米，原水管道長度約24.76km，管道直徑為DN400mm及DN350mm，設計壓力為1.0MPa；從凈水廠至縣城管網高程差約70m，凈水管道長約8.58km，管道直徑為DN400mm，設計壓力為1.0MPa，在西川與原城區管網連接，原城區管網設計壓力為0.4MPa。根據管道設計情況及考慮水錘升壓等綜合因素，擬設英旺減壓閥室、木頭溝減壓閥室、凈化水廠進口減壓閥室和西川減壓閥室共4座減壓閥室。每座減壓閥室與相鄰減壓閥室的高程差約59～70m，分別設置一臺調流調壓閥，其功能是根據工程的需要進行管線流量和壓力的實時調節，閥前壓力為59～70m，要求閥后壓力為1.5～2.5m，過閥流量保證10000m3/d，以保證工程管線的安全運行和凈化水廠的流量調節。由于英旺減壓閥室和木頭溝減壓閥室位于鄉村較偏僻位置，西川減壓閥室位于城區路口，單獨架設電力設施的建設成本和維護成本均比較高，此三處不宜采用電氣控制，凈化水廠減壓閥室位于廠區內，具備電氣操作的條件。

2 調流調壓閥選型

2.1 結構型式選擇

（1）工程對閥門的要求。首先應根據工程的實際要求和閥門的特性，綜合考慮是用于流量調節還是壓力調節或綜合調節、調節范圍、調節精度等；其次選用調流調壓閥時最重要的一個因素就是使閥門實際運行時在各種工況下不發生有害的汽蝕。但是閥門的基本特性曲線對閥門在什么時候發生氣蝕是看不出來的，更指不出來在哪個點上達到操作極限。而各種閥門由于構造不同，允許的氣蝕系數δ也不同。根據相關理論，合理的設計/選型應該滿足工程計算的氣蝕系數(按閥門工作時開度和流量控制范圍取閥前與閥后壓差最大值算)大于閥門允許的氣蝕系數，則說明可用，不會發生氣蝕。如蝶閥的允許的氣蝕系數為2.5，當δ＞2.5時，則不會發生氣蝕。δ＜2.5會發生氣蝕、振動、噪音，嚴重時會影響閥門和下游配管使用壽命。根據相關理論，用戶工況的δ計算公式為：

式中：

H1——閥后（出口）壓力，m；

H2——大氣壓與其溫度相對應的飽和蒸汽壓力之差，m。

ΔP——閥前、閥后的壓差，m；

v——過閥流速，m/s。

本工程最惡劣工況氣蝕系數計算如表1。

表1

根據表1計算結果，英旺減壓閥室所選擇的調流調壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.181，木頭溝減壓閥室所選擇的調流調壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.2，凈化水廠減壓閥室所選擇的調流調壓閥的最小允許氣蝕必須小于0.176，西川減壓閥室所選擇的調流調壓閥的最小允許氣蝕必須小于1.667，滿足這種要求的調流調壓閥，才能在本工程大的壓差條件下保證長期運行過程中不會發生汽蝕破壞。

（2）調流調壓閥的選擇。選用調流調壓閥的種類很多，常用的有閘閥、球閥、蝶閥、隔膜閥、活塞閥、針形閥、套筒式調節閥等多種。常用的調流調壓閥如套筒式調節閥、隔膜式水力控制閥、活塞閥、針形閥等，這幾種調節閥的比較如表2。

表2

表3

表4

2.2 過流能力選擇

根據本工程的工況參數，所應用調流調壓閥的過流要求見表3，并根據相關理論，安裝于本工程的調流調壓閥在全開時的流量系數Cv值及擬選閥門的流量系數Cv值如表3。

2.3 本工程對調流調壓閥的選擇

（1）功能及控制方案選擇。英旺減壓閥室、木頭溝減壓閥室和西川減壓閥室由于不具備電源操作條件，在功能及控制方面要求安裝在這三座減壓閥室的調流調壓閥根據上游水位和下游用水量的變化自動調節閥門的開度，調節管道過閥的流量，同時控制閥后出口壓力和防止水錘壓力的發生，因此此三座減壓閥室的調流調壓閥采用先導控制水力驅動方式。凈化水廠減壓閥室的調流調壓閥，在功能及控制方面要求安裝根據水廠處理能力和需求，自動根據指令調節閥門的開度，調節管道過閥的流量，同時控制閥后出口壓力和防止水錘壓力的發生，因此本減壓閥室的調流調壓閥采用PLC控制電動驅動方式，并帶就地開、關、停功能和遠方自動控制功能，遠方自動控制納入凈水廠的全廠自動化控制。

（2）性能參數選擇。通過上述計算和對多種調流調壓閥的比較，選擇B05系列套筒式調節閥作為本工程的調流調壓閥。該類閥門允許的汽蝕系數δ=0.15，確保閥門在實際各種工況運行時不發生氣蝕，保證工程的長期安全運行。綜合考慮工程的電源、系統控制及運行工況等因素，各減壓閥室的配置方案如表4。

3 調流調壓閥的應用

本工程經過安裝調試、試運行過程后投入正式運行，閥前壓力在58～72m之間，西川減壓閥室閥后壓力為39～41m之間變化，其它三座減壓閥室閥后壓力為1.5～2.0m之間變化，最高流量達到10600m3/d，套筒式調流調壓閥運行時很平穩，沒有發現產生氣蝕現象，閥門及附近管道、設備均沒有發現振動現象，運行時噪音很小，一般在60～70dBA。

尤其水質與安全問題一直受到關注，為避免突發事件導致飲水危機的發生促使一大批長距離輸水或調水工程的建設，以解決用水矛盾問題。長距離輸水工程投資大、距離長，研究其安全問題并采取技術措施對此類工程的順利實施、安全運行以及節省工程造價、管理費用無疑具有十分重要的意義。

[1]戚蘭英.張坊水源應急供水工程調節閥的選型設計[J].北京水利，2011，（1）.

[2]孫萬功.長距離輸水管道減壓措施[J].水利規劃與設計，2011，（3）：57-58.

[3]徐大偉，彭怡.長距離大高差有壓重力流原水輸水管道改擴建設計[J].給水排水，2012，38（10）：112-114.