水電廠閘閥通孔原因分析與防范

熊金華

摘 要：針對某水電廠使用的閘閥出現通孔現象采取磁粉檢測、超聲波厚度掃描等檢測方法收集整理數據，通過作圖分析找到了閘閥通孔的原因，對已通孔的閥門解體檢查驗證了分析的正確性，為了提高閥門運行的安全性，分別從設計、安裝、運行維護等方面深入分析，提出了防止水力發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行維護建議。

關鍵詞：水電廠；閘閥；通孔；運行維護

1 概述

閘閥以其簡單的結構、良好的密封性能、耐磨損、使用壽命長等優點越來越廣泛地應用于水電廠輔機系統中，有效實現了對介質的通斷控制，為水電廠發電系統的穩定與控制發揮了重要的作用。然而，在使用過程中由于閥門參與控制的介質種類、承壓能力選擇不當，運行方式不合理等原因導致閥門壁厚逐漸減薄甚至通孔損壞，由此對水力發電廠構成了嚴重的安全隱患，增加了檢修幾率和檢修成本。經多年的分析和摸索發現：根據閥門內流通介質及壓力配套關系，選擇合理的閥門鑄造材料、合理的承壓能力，安排合理的運行方式可大大減少閥門的故障率，提高安全性，有效節省運行維護成本。

2 閘閥通孔原因的分析

某水電廠自2007年7月投產，技術供水系統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，河流中懸移質含沙量2.11kg/m3，在運行過程中相繼發現多個閘閥通孔現象，嚴重威脅著機組的安全穩定運行。為找出通孔原因技術人員對閥門進行分析，外觀檢查閥體表面防腐良好，除去表面防腐層并清洗后進行磁粉檢查，未發現閥體裂紋，對閥體進行超聲波厚度掃描，發現在閘板密封面與閥體接觸面右后方的閥體部位出現沖刷現象，大小約25×25mm，深度達25mm，為進一步掌握確切數據，技術人員又選40×50mm范圍進行超聲波厚度掃描，分別沿X和Y方向每隔10mm記錄一個數據，如I區厚度表1，通過表1進行分析，發現漏點周圍厚度從3.5-9.8mm不等，存在不同程度的減薄，減薄現象存在不均勻性，由此可近似做出圖1 I區內表面近似形貌圖，從圖1中可以看出漏點周圍內表面不是整體減薄，漏點附近減薄量最大，整體呈倒漏斗形，根據減薄的部位以及當時閥門運行工況和狀態，初步懷疑由于閥門閘板長期處于半開位置，運行過程中水流在閘板處的狀態發生改變，從而對閥芯后方閥壁造成氣蝕和沖刷，最終導致閥壁厚減薄，為進一步證明這一結論，我們將表2中II區厚度轉化為減薄量后進行繪圖，如圖2所示，可以看出II區內表面整體呈現出平緩狀態，沒有較大變化。結合表1、2和圖2可以看出I區內表面減薄明顯，但是漏點周圍厚度未達到0，仍然留存3-4mm，可見閥體沒有完全沖蝕通透。

通過上述數據分析，閥門通孔的原因是由于高壓水流通過DN300的閥門內部流道時在閘板與閥體內閘板引導槽接觸面上形成窄道，水流經窄道后再擴散向DN300的流道，由此在閥體內部閘板引導槽底部形成沖刷與氣蝕，導致閥門體內壁氣蝕減薄，減薄至一定程度后閥門暗存砂眼，造成漏水。從分析的數據看來閥門不存在裂紋，且閥門為局部缺陷，短期內不會對主設備造成威脅。經過一段時間運行后，機組迎來了檢修期，技術人員對存在缺陷的閥門解體檢查，發現閥門內部存在嚴重的沖刷、氣蝕現象，并且與試驗分析結果相吻合，由此進一步驗證了分析結果的正確性。

3 閘閥通孔的防范措施

3.1 從設計與制造上把關

合理的設計事關閥門的壽命及運行過程中的安全性，在水力發電廠使用的閥門中應當從以下幾個方面重點考慮。

（1）流道設計。合理的流道設計一方面可以減少介質損耗，另一方面可減少介質與閥體的摩擦。

（2）材質選擇。水電廠控制系統中閥門主要的通流介質是油、水、氣，各種介質中含有不同成份，在設計時有必要充分考慮閥門的材質，根據通流介質選擇合適的鑄造材質，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，不得出現氣孔、溶孔、裂紋、夾砂等缺陷，制造時需進行金相組織、機械性能、耐腐蝕性能和無損探傷等多種檢驗，止出現導致閥門滲漏的缺陷。

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

3.2 介質與壓力選擇

（1）介質選擇。閘閥在水力發電廠中主要用于技術供水系統、低壓供油管道系統，水中含沙量的、其它介質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必根據流通介質選擇合理的閥門材質。

（2）壓力選擇。壓力作為選擇閥門的一個關鍵指標，在采購前務必充分測算閥門所需要承受的壓力等級，合理選擇與工作壓力相匹配的閥門既可提高安全系數又可以有效控制預算。

3.3 合理安裝與調試

安裝過程中的工藝流程至關重要，科學合理的安裝與調試可有效防止閘閥受損，延長閥門壽命。

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

（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，隨著運行時間的推移，閥體內壁逐漸氣蝕變薄，最終造成通孔。

（3）安裝時閥桿應盡可能垂直向上，否則會出現閘板卡住的現象。

（4）在電動閘閥安裝調試過程中的操作應嚴格按照說明書進行，防止開啟行程過大或保護力矩過高而拉斷閥桿，損壞閥體壓蓋而造成泄漏。

（5）在安裝調試過程中，閥蓋處為填料密封的閥門，填料蓋壓緊應適當，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型螺栓斷裂產生泄漏，遇壓力高時可能造成事故。

3.4 合理的運行方式和維護是重要保證

（1）在運行過程中閘閥應當保持全關或全開狀態，不允許作節流用，同時盡量控制水流的含沙量，減少閘板密封面磨損。

（2）閘閥由全關向開啟方向操作時巨大的壓差將對閘閥的密封面產生磨損、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增加旁路裝置以降低啟閉壓差。

（3）自緊密封設計的閥門在運行過程中因為長期承受波動壓力沖擊，閥蓋容易下沉二引起泄漏，因此運行一段時間后應再緊固預緊螺栓，緊固的同時防止過度擰緊，否則容易造成壓蓋螺栓斷裂引發事故。

（4）啟閉力矩大于400N·m的閥門應采用增力機構設計，如齒輪機構、撞擊手輪、帶軸承的閥桿螺母等，這樣容易關閉到位，有效防止閘板關閉不到位形成的高壓細流水對閥體進行沖刷和氣蝕。

4 結束語

水力發電廠所使用的閘閥要求特殊，其質量和結構直接影響著安全生產工作的開展，合理的閥門設計、可靠的制造質量、適當的選型、良好的運行方式、科學的點檢定修是保證閥門安全和長壽的保證，在閥門的配置過程中應當從源頭抓起，運行過程中安排合理的運行方式，在日常的巡檢過程中及時發現閥門出現的異常并及時消除，確保閥門工作在最優的工作狀態，如此方可達到其設計的最佳效果。

參考文獻

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