鄂北地區(qū)水資源配置工程3.8 m液控蝶閥生產制造及質量控制研究

賀雙健 夏玉龍 蔡新明

摘要：鄂北地區(qū)水資源配置工程孟樓-七方倒虹吸有壓輸水管線使用3.8 m液控蝶閥進行管道連通、檢修以及切斷水流。介紹了該蝶閥的設計及結構材料，指出了蝶閥生產制造過程中的質量控制要點。蝶閥組裝完畢后的各項測試結果表明，技術指標達到設計要求。工程試通水結果顯示，設備承受壓力和密封性能良好。

關鍵詞：3.8 m液控蝴蝶閥;蝶閥生產;質量控制;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類號：TH134 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.002

Abstract： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve was used in pressured pipeline of Menglou-to-Qifang inverted siphon of North Hubei Water Transfer Project for pipeline connection， maintenance and flow blockage. The design， materials and structure of the valve were introduced and the main points in the quality controlofthe manufacture process were pointed out. The tests after the installment of the valves showed that the technical indexes met the design requirements. The trail water passing revealed that the valve performed well in pressure bearing and sealing.

Key words： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve; manufacture of butterfly valve; quality control; North Hubei Water Transfer Project

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡稱“鄂北工程”）以丹江口水庫為水源，從丹江口水庫清泉溝隧洞起，自西北向東南橫穿鄂北崗地，止于孝感市大悟縣王家沖水庫，輸水線路總長269.67 km。工程由取水建筑物、輸水明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽、節(jié)制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、排洪建筑物及王家沖水庫擴建工程等組成。工程全線自流引水，年均引水7.7億m3，利用受水區(qū)36座水庫進行聯(lián)合調度，設24處分水口，設計供水人口482萬人，灌溉面積24.23 萬hm2 （363.5萬畝）。工程總投資180.57億元，總工期45個月。？

3.8 m液控蝶閥主要用于鄂北工程孟樓-七方倒虹吸有壓輸水管線（3 排 PCCP 管）上的管道連通、管道檢修以及切斷水流。其中：在鄂北工程丹襄段馬張河樁號48+400處（1.0 MPa）安裝3800Dx7pk41X-16Mn型干管檢修閥6臺、連通閥2臺、旁通路閥門附件8臺（雙法蘭松套傳力補償接頭）、前后短管24 m、蝴蝶閥液控站8套、DN300旁通管與旁通閥16套;在夾河套樁號80+600處（1.6 MPa）安裝3800Dx7pk41X-10Mn型干管檢修閥6臺、連通閥2臺、旁通路閥門附件8臺（雙法蘭松套傳力補償接頭）、前后短管24 m、蝴蝶閥液控站8套、DN300旁通管與旁通閥16套。

1 蝶閥設計

蝶閥所在管道的設計流量為12.67 m3/s，可手動或液壓操作，實現(xiàn)現(xiàn)地及遠程監(jiān)控。閥門使用壽命為30 a，大修間隔10 a[1]。當上下游發(fā)生事故需切斷水流時，閥門采取兩段直線關閉，在70 s內從全開關閉至20°，然后在1 800 s內完全關閉。

當管道重啟運行時，閥門采取先慢開后快開的兩段直線開啟，在170 s內從全關開啟至20°，然后在1 800 s內完全關閉。

2 結構和材料

（1）閥體采用Q345C鋼板焊接工藝制造，閥門具有雙向密封性能，關閉時既可以切斷水流的正向流動，又可以切斷介質的反向流動[1]。

（2）蝶閥活門采用雙平板結構，采用Q345C鋼板焊接工藝制造，密封面選用橡膠制作，使用不銹鋼緊固件和調節(jié)壓板緊固。閥體密封面選用不銹鋼制作，使用壽命長[2]。橡膠密封圈最低使用壽命不得少于5 a。

（3）密封座金屬密封面采用不銹鋼制成，應能雙向承壓，橡膠密封圈安裝于蝶板上，方便在管道內調節(jié)和更換。

（4）閥軸采用2Cr13不銹鋼[2]，為2根分別插入閥板中的短軸，其插入閥中的長度不小于軸徑的1.5倍，最小直徑應滿足力矩及有關參數(shù)要求。

3 設備制造

3.1 閥體制作

（1）閥體裝焊。板件采用數(shù)控切割下料。體筒兩側焊接坡口采用大型刨邊機加工，數(shù)控卷板機卷圓成形，拼接焊縫采用小車式埋弧自動焊焊接。棒料采用鋸床下料。軸座筒鍛件外協(xié)加工。上、下游法蘭由板材分段拼焊而成，拼接接頭進行100%UT檢查。

（2）法蘭與體筒裝焊。將上、下游法蘭與體筒裝配在一起，控制三者同心度，形成法蘭與體筒的組合件;然后將其固定在大型焊接變位機上，采用埋弧自動焊焊接法蘭與體筒之間的兩條環(huán)向圓周焊縫以及體筒收口縱縫。

（3）第一次無損檢測。對法蘭與體筒之間的兩條環(huán)向圓周焊縫及體筒所有縱縫適當清理后，進行100%UT+100%MT檢測。

（4）兩軸筒座裝焊。①在體筒上劃出軸孔裝配位置線。②檢查確認后，采用手工火焰槍割出軸座的裝配孔。③裝配軸座，保證兩軸座端面有足夠的加工余量。④采用CO2氣體保護焊焊接體筒與兩軸筒座之間的焊縫，要求交替焊接以減少焊接變形，焊縫要求清根焊透，保證質量。

（5）第二次無損檢測。對軸筒座與體筒之間焊縫適當清理后，進行100%UT+100%MT檢測。

（6）劃線裝配軸座補強板、外圍圈筋、法蘭筋板、密封座及站腳內側筋板，然后將工件整體固定到焊接變位機上，采用半自動氣體保護焊進行焊接。

（7）中間工序加工。精車兩端法蘭外圓，車一側端法蘭平面見白，車密封座堆焊基面并進行PT滲透檢測。

（8）在工件上裝配面板支承弧板、軸筒座面板、吊耳、站腳等，然后將工件整體固定到焊接變位機上進行堆帶極焊。

（9）第三次無損檢測。對閥體上各種碳鋼筋板相關焊縫進行100%MT檢測。

（10）將閥體焊接件裝入熱處理爐中進行整體去應力熱處理。熱處理溫度600 ℃～640 ℃，保溫時間2.5～3.0 h，隨爐冷卻至250 ℃出爐空冷。

（11）第四次無損檢測。對閥體上的所有焊縫進行UT+MT復查。

（12）轉表面處理。對閥體焊接件進行噴丸處理，然后噴涂底漆。

3.2 閥體機械加工

（1）鉗。注意偏心，兼顧軸孔。根據(jù)法蘭厚度確定軸孔中心線、加工線，檢查毛坯尺寸。

（2）車。在數(shù)控立車上加工，車一序二序，車法蘭平面，粗車精車密封面。通過數(shù)控立車對閥體的上下法蘭面及內孔上的密封面進行粗精加工，并對密封面進行PT滲透檢測，然后通過專用拋光裝置進行拋光，保證表面粗糙度達到0.4 μm，保證尺寸精度及表面粗糙度達到設計要求。

（3）檢。進行密封面PT滲透無損檢測。

（4）鏜。在數(shù)控落地鏜床上粗鏜、精鏜軸孔，用激光跟蹤儀檢查軸孔同軸度，鏜軸孔端面，銑站腳平面，站腳孔，軸端連接孔等。

（5）鉆。通過已加工平面及軸孔兼顧筋板確定法蘭孔等連接孔位置線，鉆、擴各連接孔。

（6）表處理。打磨，清洗，涂漆，入庫。

3.3 閥軸制作

（1）粗加工閥軸，對閥軸進行熱處理、粗加工，相關性能檢測及無損檢測在外購鍛造廠家完成。

（2）在車床上精加工，并進行100%PT滲透檢測。

4 駐廠監(jiān)理質量控制

為確保設備生產、制造質量，鄂北工程通過公開招標方式，擇優(yōu)選取監(jiān)理單位，監(jiān)理單位派人全程駐廠實施監(jiān)造，確保設備質量。

（1）制造前質量控制。對設備制造單位報送的開工申請進行審查，審批工藝文件，檢測投入設備的生產能力。對試驗室資質、人員、設備以及外協(xié)單位的資質和生產能力嚴格把關，并由總監(jiān)簽發(fā)開工通知。

（2）原材料質量控制。核查設備制造單位報送的進場報驗單，原材料進場必須具有出廠合格證、生產許可證、質量保證書和使用說明。見證抽樣，送往具有資質的檢驗或試驗部門復檢，復檢合格后方可用于生產[3-4]。

（3）外協(xié)件、外購件質量控制。駐廠監(jiān)理工程師現(xiàn)場查驗外協(xié)件、外購件的材質、型號和規(guī)格是否符合圖紙及合同要求，檢查外觀是否完好無缺損。參數(shù)、尺寸應符合有關國家標準和行業(yè)標準，生產及出廠日期應距進場報驗時間較近。外協(xié)件、外購件進場必須有出廠合格證、生產許可證、質量保證書和使用說明。檢驗合格后方可用于生產。

（4）零部件制造過程質量控制。在零部件加工過程中，駐廠監(jiān)理進行巡視監(jiān)理。對于關鍵工序或重要部件的加工，駐廠監(jiān)理進行旁站監(jiān)理，確認產品符合質量要求[5]。重要部件或整體裝配前，駐廠監(jiān)理審查包括裝配工藝規(guī)程、試驗規(guī)程以及裝配進度等在內的設備裝配方案，對重要部件或整體裝配進行旁站監(jiān)理，做好記錄。

（5）防腐涂裝質量控制。涂裝材料應符合招標文件要求。材料參數(shù)、質量等符合國家標準或其他相應涂裝標準，符合標書、設計圖樣規(guī)定。防腐涂裝前進行拋丸處理，表面無銹漬、無污漬，且粗糙度達到設計規(guī)范和相關標準要求。嚴格按照規(guī)范和標準要求進行涂裝，底漆、中間漆、面漆按照圖紙和技術要求的厚度涂裝。其中，底漆應具備良好的附著力和防銹性能，中間漆應具有屏蔽性能且與底、面漆結合良好，面漆應具有耐久性或耐水性[5]。涂膜固化后應進行外觀檢驗，保證表面均勻一致，無流掛、皺紋、鼓泡、針孔、裂紋等缺陷。

（6）設備性能測試。①蝶閥密封試驗，采用自來水作為試驗介質， 試驗壓力為1.1倍閥門最大工作壓力，保壓120 s，查看軸頸處有無漏水，蝶閥工作密封應無可見泄漏[6]。②閥體強度試驗，采用自來水為試驗介質，試驗壓力為1.5倍閥門最大工作壓力，保壓時間 300 s，受壓部件應不產生有害的永久變形、結構損傷及滲漏等異常現(xiàn)象[6]。③旁通管路水壓試驗，采用自來水為試驗介質，試驗壓力采用1.5倍閥門最大工作壓力，保壓 120 s，受壓部件應不產生有害的永久變形、結構損傷等異常現(xiàn)象，各連接面不允許滲漏。④進行開閥和關閥時間測試、角度測試，液壓系統(tǒng)性能試驗，位置檢測系統(tǒng)性能檢測，液壓鎖定裝置投入和退出試驗，蓄能器保壓試驗，蝶閥空載試驗，蝶閥手動機械鎖定投入與解除動作試驗等。

承擔蝶閥生產制造的中標企業(yè)，測試壓力可達30 MPa。利用可視監(jiān)控系統(tǒng)獲得泄漏量的測試數(shù)據(jù)以及閥門壓力逐步升高過程中承壓部件高應力區(qū)的實際應力變化值，通過與有限元分析理論值對比，可對測試結果進行實際驗證。

5 項目法人質量控制

為了確保蝶閥的生產質量及交貨工期，項目法人通過招標設計并公開招標優(yōu)選生產廠家。通過訂立合同，對設備型號及規(guī)格、技術標準、相關要求、專用技術條款以及質量保質期限、缺陷和維修響應、質量索賠條款等進行約定。通過召開設計聯(lián)絡會，進一步核實、確定設備數(shù)量、技術參數(shù)、尺寸和安裝位置。

在設備生產、制造過程中選派駐廠監(jiān)理，采取旁站、巡視、跟蹤檢測和平行檢測等方法全程監(jiān)督、檢查設備質量。旁站監(jiān)理重點包括下料、組裝、焊接、機加工及噴鋅防腐。關鍵工序包括進場原材料、鑄件檢測以及零部件、外購件、外協(xié)件的檢驗。

定期召開駐廠監(jiān)造工作月例會，各駐廠監(jiān)理匯報近期工作進展以及當月設備質量管控情況，工程技術部通報一段時間內日常巡查、專項檢查，設備出廠驗收和現(xiàn)場交貨驗收、調試、試運行以及初步驗收中發(fā)現(xiàn)的質量問題，下發(fā)問題清單，督促限期整改，并安排布置下步工作。

6 效果分析

鄂北工程16臺3.8 m液控蝶閥組裝完成后，在工廠內進行了焊縫、油漆厚度、表面附著力等外觀檢測，對蝶閥、接力器基礎尺寸和上、下游接口尺寸等安裝連接尺寸抽測，開展了蝶閥密封、閥體強度和管路水壓等性能試驗，開閥、關閥時間和角度測試，液壓系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、鎖定投入和退出、蓄能保壓等試驗以及整機預裝配、空載運行試驗，各項技術指標均達到設計要求。2020年1月2日，3.8 m液控蝶閥經過流量為10 m3/s的試通水檢驗，設備承受壓力和密封性能良好。

參考文獻：

[1] GB/T 14478-2012 ?大中型水輪機進水閥門基本技術條件[S].

[2] JB/T 5300-2008 工業(yè)用閥門材料選用導則[S].

[3] SL 544-2011 ?水利工程設備制造監(jiān)理技術導則[S].

[4] SL 472-2010 ?水利工程設備制造監(jiān)理規(guī)范[S].

[5] SDZ 014-1985 涂漆通用技術條件[S].

[6] GB/T 13927-2008 ?工業(yè)閥門 壓力試驗[S].

（編輯：李 慧）