南水北調長距離輸水管道末端調流調壓閥運行問題及對策

崔洪濤 李偉亭 張龍

（1.河南省水利科學研究院，河南 鄭州 450000；2.河南科光工程建設監理有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

河南省南水北調配套工程線路總長1053.31 km，輸水型式以管道輸水為主，另有利用河道輸水、渠道輸水和涵洞輸水，與河渠交叉采用倒虹吸套管、直接鋪設管道，與鐵路交叉采用頂管施工，與公路交叉采用頂管施工或明挖破路施工。有預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、鋼管（SP）、預應力鋼筋混凝土管（PCP）、玻璃鋼夾砂管（GRP）等5種管材。自南到北，共設置了39條管道輸水線路，83座末端水廠調流調壓閥室。

河南省南水北調受水區供水配套工程調流調壓閥一般設在輸水線路末端，臨近水廠，對管線的流量、壓力進行實時調節，是重要的輸水調節設備，對保障水廠供水安全有重大意義。運行基本要求是：運管單位要對調流調壓閥重點管理，調節供水流量時，水廠應提出計劃，按規定程序批準后，由南水北調工程運管單位通過調流調壓閥調節流量，其關閉規律控制參數要符合要求，確保整改輸水系統和受水水廠協調一致，維護全線路流量動態平衡，盡量減少棄水或停機。日常運管要求是：按規定要求做好調流調壓閥操作、管養，及時記錄流量、壓力、開度，并按規定填寫記錄。

2 原理說明

調流調壓閥主要由閥體、閥軸、伸縮桶（鼠籠）、曲柄連桿機構組成。另外配備槽孔進行流量調節。工作時驅動裝置帶動閥軸旋轉，通過內部曲柄連接機構將驅動軸的旋轉運動（從開啟到關閉位置大約900°C）轉化為伸縮桶的軸向位移，并開啟關閉調節閥。為了便于伸縮，設有不銹鋼導軌導向，伸縮筒的內部水壓和外部水壓自身平衡，伸縮桶只需要克服摩擦力，閥門操作輕便、穩定、可靠。

閥門開啟時，上游截止沿環裝流線型過流面引導，經伸縮桶環裝節流橫截面匯聚到管道軸心，在閥體內部形成軸向對稱的環形流道，并有效地控制流通面積，形成從入口到出口截面為遞減的流道，從而使流體的流速漸升，并通過圓周方向上的多孔，向管路中心方向形成射流對撞，從而達到消能減壓、調節流量的目的。由于閥門的調節精度高，具有良好的動態防振性能，使得閥門在流速、壓力變化較大情況下，能長期保持穩定的運行效果，可有效防止水錘效應的產生，保障供水安全。

3 運行存在的問題

3.1 調流閥出現卡阻現象，失去調流功能

①現階段南水北調配套工程使用的多為活塞式調流調壓閥，活塞連桿采用曲柄半軸連接，長期使用過程中會產生軸向力偏心現象，導致阻力加大，閥門閉合困難，從而發生卡阻現象，影響正常調流功能。②一般情況下，活塞導軌設計為不銹鋼材料表面增加銅合金材料面層，止水環為不銹鋼材料，以上2種材料的組合有利于閥門的啟閉。但由于長期調整閥門，導軌不銹鋼材料上敷設的銅合金面層可能受磨損脫落，導致止水環不銹鋼踢與活塞不銹鋼導軌直接受力摩擦，會造成摩擦系數增加，阻力加大，嚴重時會出現卡阻。③不銹鋼止水環與塞體結合部上游端存在楔形空間，且順水流方向，塑料袋等雜物易掛在止水環結合部的上游楔形空間內，當閥門關閉（活塞體順水流方向運動）時，遇到結合部存在縫隙，雜物帶進結合部，增大阻力，嚴重時引起活塞體卡阻。④部分水廠用水量較大，攜帶的雜物量相應也多，由于供水的高峰低估較為明顯，加上無調節水池，這就需要頻繁調整閥門開度，且開度調整范圍較大，在20%～80%之間浮動，也在一定程度下增加雜物堵塞的概率。⑤設備制造精度對運行導軌、設備的密封性能也有一定的影響，也會導致卡阻的發生。

3.2 調度管理責任劃分不清，操作流程不明確，設施不完善

①閥門調整期間未執行《河南省南水北調受水區供水配套工程重力流輸水線路》規定的調度指令和操作票制度以及相關運行標準、規程規范、規章制度等。操作中導致調流調壓閥開啟關閉不符合流量開度曲線規律，不滿足設計過流能力范圍內進行流量調節流量的要求。尤其是短時間大幅度調節流量，不僅加劇設備的磨損，而且可能造成“水錘”現象，影響調流調壓閥及上游供水管道安全。②供水流量調整不報批，野蠻操作，與水廠連接的閥門全開，因該閥門由水廠管理人員調節，導致供水線路首端進水池水位低于最低控制水位，甚至半管進氣供水運行，尤其是長距離、多支線的供水線路更應重點關注。③現階段配套工程供水前池設置攔污柵，但未安裝自動打撈系統，由人工進行打撈。由于人工打撈僅局限于水體表面漂浮物，很難發現水位深處的雜物，部分雜物通過攔污柵下部進入管道，在管道中由水流帶入調流調壓閥，造成閥門的卡阻，啟閉不靈活。

4 對策和建議

4.1 優化調流調壓閥體結構設計、加強檢測，減少故障發生

①根據運行中閥體結構存在的問題對其進行合理性進行評價，進一步優化閥體結構，建議活塞連桿采用曲柄雙軸連接，保持活塞運動受力平衡，減少偏心受力影響啟閉。②運行一定周期后，對活塞和導軌的材料進行檢測，對導軌和活塞的磨損痕跡進行檢測，對活塞和止水環的結合部縫隙進行檢測，對設備的起閉電機配置是否合理進行分析，發現問題督促廠家進行處理，確保設備處于良好的使用狀態。③運管單位組織設計單位進行論證，有條件的情況下增加旁通管道，采用“一用一備”的方式運行，在調流調壓閥維修期間不影響供水。④對閥體增加檢修人孔，便于及時清理閥體內的雜物。

4.2 加強操作管理，提升運行效率

由于南水北調配套工程，屬于新事物，專業性強，現階段管理經驗薄弱機制體制有待進一步創新；運行管理制度、規程有待進一步完善等。

①配套工程輸水線路供水時，要嚴格執行下達的計劃供水流量計其流量開度曲線開啟調流調壓閥。②調流調壓閥要根據其設計過流能力范圍進行供水量調節。其開度調節要平緩，避免短時間內閥門大幅度開啟或關閉，避免管道“水錘”現象的發生。③調流調壓閥要定期切換，輪換間隔時間宜為20d，切換時要按照：“邊切邊關”的原則進行。④調流調壓閥在檢修或者首次運行前，要利用其前側檢修閥的旁通先進行充水，將其出水管充滿后，方可打開調流閥根據設定流量進行充水。⑤正常運行情況下，末端調流閥其控制方式應設置為“遠方”。⑥為了避免由于操作錯誤而發生人身或者設備事故，調流閥開啟關閉及調節要執行操作票制度，具體做到操作前認真核對設備的名稱、位置和編號，由發令人發出操作任務指令，操作人在執行中應復述指令，按照順序進行操作，每操作完1項，及時做好標記，操作完成后由監護人進行復查。

4.3 加強進水前池打撈，源頭上保障供水安全

①由于部分末端水廠不具備局部雙管線可以實現不停水維修的條件，所以應努力降低調流閥故障的發生，管道進口實施有效攔污清污非常必要，建議增加自動攔污裝置，實現雜物的自動攔截和清理，其目的在于改善人工打撈不及時，清理不干凈的狀況，在水情復雜惡劣條件下也能夠保證打撈的效果。②現階段增加管道首端進水前池的管理，明確打撈人員的崗位職責，打撈頻次，增加人員的安全防護裝置，確保打撈人員人身安全。同時加強對前池的巡視巡查，發現雜物及時打撈，盡量減少雜物通過前池進入管道。③將雨水管進行改造，杜絕雨水夾帶雜物進入前池。做好打撈的各種記錄，使打撈工作具有可追溯性。

5 結論

通過對調流調壓閥閥體構造及現階段配套工程調度管理的現階段存在的問題進行詳細分析，并提出了針對性的對策和建議，能夠保障長距離輸水管線末端水廠調流調壓閥的平穩運行，保障南水北調配套工程的供水安全。