水務集團機械排泥閥的應用對比研究

鐘炎輝，紀宏卓

（深圳市深水寶安水務集團有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大流量角式排泥閥又稱蓋閥，通常用于沉淀池底部排放底泥，用以控制水廠流程水的濁度。在實際應用中，排泥閥一般使用數量較多，例如一個設計供水規模為35萬t/d的水廠，排泥閥總數可以達到200個。水廠排泥閥使用情況的好壞不僅關系到水廠整體的設備完好率，而且影響到濾前水的濁度控制。因此，排泥閥成為保障出廠水水質的重要設備之一。

1 現狀概述

南方某水務集團有9座凈水廠，總設計供水能力176萬t/d，平均日供水量為115萬t/d，絮凝沉淀階段凈水構筑物采用平流沉淀池/斜管沉淀池+V形濾池為主的處理工藝，排泥工藝大部分采用角式快開排泥閥進行排泥。

據統計，水廠合計共有角式快開排泥閥1050臺，閥門品牌及數量見表1。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛各水廠的排泥閥總數分別為 44，126，100，120，200，109，191，160 和 1050 個。

表1 深圳市某水務集團下屬水廠在用排泥閥調查匯總 個

上述閥門中，除了A廠家和F廠家為膜片式排泥閥外，其余均為活塞式排泥閥，采用電磁閥控制換向，驅動介質大部分以廠內自用水為主，少數采用壓縮空氣。

2 存在問題

早期各水廠排泥閥以活塞形式為主，驅動介質液體或氣體，控制電磁閥采用二位四通或二位五通形式。排泥閥使用時間普遍較長，并且老舊閥門占比較大。由于排泥閥在水廠數量多，使用頻率高，該類閥的高故障率對生產造成一定影響，主要存在以下問題。

（1）使用時間大多超過10 a，存在閥門動作不靈活、漏水、密封件磨損嚴重、配件更換頻繁、故障率偏高等問題。

（2）老舊排泥閥多數已經停產，個別廠商已經倒閉，閥門缸體磨損、活塞密封皮碗老化后配件難以購買。

（4）采用1個電磁閥控制多個排泥閥控制形式，存在由于排泥閥開啟壓力不同導致的個別閥長時間不動作的現象。

（5）各水廠已于2017年相繼建成排泥水處理設施，均面臨需要對廠區排泥水運行進行優化處理。

按現有的處置要求，需要改變排泥方式、對提升排水量進行精確控制，因此有必要對現有各廠的排泥閥進行升級改造。因此，該水務集團實施了新一輪的排泥閥改造。

3 市場上各類排泥閥調研結果

改造前，為使得下屬水廠排泥閥具備統一化、標準化，相關技術人員特別針對該集團內部在用以及國內外市場上排泥閥生產、使用及銷售情況進行了調研、比較。調研的國外品牌在國內無該類閥門生產線，無法提供相應資料進行對比，因此在此不再做討論。其余國內主流品牌結構形式及電磁閥控制形式的調研結果匯總見表2。其中，電磁閥價格以200元人民幣為1個單元“+”計算，價格“++”代表400元人民幣。

表2 國內主流品牌廠家排泥閥結構形式及控制電磁閥特點

4 排泥閥結構特點及原理對比

由表2可知，目前市場上排泥閥從控制腔形式分為膜片式和活塞式2種，驅動介質分別為壓縮空氣和自來水。根據控制介質以及主體結構，電磁閥配置也存在一定區別。現對其中主要的5類組合進行簡要對比。

4.1 第一種：氣動+膜片+控制腔彈簧+二位五通電磁閥（圖1）

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和3導通，接口2和5導通，閥門上腔有壓、下腔排空，在壓力與彈簧的共同作用下閥門關閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導通，接口3和4導通，閥門下腔有壓、上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，在自重和進口水壓作用下排泥閥閥芯處于關閉位置。

4.2 第二種：液動+膜片+控制腔彈簧+二位四通電磁閥（圖2）

圖1 第一種組合電氣結構示意

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和2導通，閥門上腔有壓、下腔排空，在壓力與彈簧的共同作用下閥門關閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導通，接口3和4導通，閥門下腔有壓、上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關閉位置。

圖2 第二種組合電氣結構示意

圖3 第三種組合電氣結構示意

4.3 第三種：液動+膜片+控制腔彈簧+二位二通電磁閥（圖3）

原理說明：①電磁閥失電時，兩位兩通電磁閥關閉，閥門膜片腔內失壓，下腔液體排空，在重力與控制腔彈簧的共同作用下閥門關閉；②電磁閥得電時，二位二通電磁閥開啟，閥門膜片腔內進水有壓，閥門下腔泄水，進水量泄水量，控制腔彈簧壓縮，③門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關閉位置。

4.4 第四種：液動+膜片+流道腔彈簧+兩位兩通電磁閥

原理說明：①電磁閥失電時，二位二通電磁閥關閉，閥門膜片腔內失壓，下腔針法排空，在重力與流道腔彈簧的共同作用下閥門關閉；②電磁閥得電時，二位二通電磁閥開啟，閥門膜片腔內進水有壓，閥門下腔泄水，進水量泄水量，流道腔彈簧壓縮，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關閉位置。

4.5 第五種：液動+活塞+二位四通電磁閥（圖4）

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和2導通。閥門上腔有壓，下腔排空，在壓力與自重的共同作用下閥門關閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導通，接口3和4導通。閥門下腔有壓，上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關閉位置。

以上5種形式排泥閥均在水廠得到實際應用，從實際使用效果和故障率來看，排泥閥投入使用早期均能實現排泥閥快開慢閉功能。但是隨著時間的推移，排泥閥產生的故障主要4類：①驅動介質（液體或氣體）有雜質堵塞管路或電磁閥；②電磁閥故障失效；③活塞缸壁磨損，密封皮碗或密封圈失效；④膜片破裂或老化失效。

從設備選型角度出發，在實現同樣功能基礎上，必須簡化結構形式、優化控制模式、減少故障點。因此，膜片替代活塞可減少摩擦副帶來的故障，二位二通替代二位四通（或五通）可減少電磁閥滑芯換向帶來的諸多故障點。另外，二位二通電磁閥可以將驅動介質帶入的雜質排除腔體外，也是一個優勢。

5 結論

（1）目前國外品牌，如丹麥埃維柯（AVK）、德國閥安格（VAG）、德國凱士比（KSB）等，在國內不銷售角式排泥閥。

（2）活塞式排泥閥有缸體磨損、活塞密封失效等缺點，因此正逐步被膜片式閥門取代，2010年后市場上角式排泥閥多數以膜片式為主。

（3）為了處理排泥閥水池低液位時閥瓣無法關緊的情況，大多數廠家在閥體內加裝了助力彈簧，可以起到速閉效果。

圖4 第五種組合電氣結構示意

（4）氣動排泥閥門皆采用二位五通電磁閥控制，液動排泥閥以兩位四通和兩位兩通電磁閥控制為主。

（5）排泥閥換向電磁閥價格以液動二位四通最高，1600元人民幣/個；二位二通電磁閥最低，200元人民幣/個。從低故障率以及控制可靠性分析，二位二通電磁閥大幅領先二位四通或二位五通電磁閥（該類電磁閥由于需要滑芯換向導致結構復雜、易堵塞，對控制用壓力水和壓縮空氣有較高的要求）。

6 建議

（1）排泥閥宜采用結構簡單的二位二通電磁閥控制，可實現排泥閥控制壓力源開閉的功能，無須兼顧壓力源換向，避免因二位四通（或五通）電磁閥結構復雜帶來的高故障率。

（2）如果需要對廠區排泥水進行優化處理，每個排泥閥門宜獨立配套1個電磁閥，實現單個排泥閥排泥量的精準可控。

（3）閥門驅動介質宜采用液動控制。液體的不可壓縮性高于氣體，可減少因閥體內部稍許滲漏導致的閥門啟閉困難問題。

（4）宜選用配有彈簧助力關緊的閥門，避免閥門在水池低液位時閥瓣無法關嚴。

綜上所述，液動+膜片+助力彈簧+兩位兩通電磁閥控制的形式比較符合凈水廠及國內水行業的使用要求，值得推廣。