淺談泵組設備電動檢修蝶閥是否還應該保留

許永春

（東莞市江庫聯(lián)江聯(lián)網(wǎng)工程中心，廣東 東莞 523000）

1 雷擊對泵組造成的損失

源水泵站共安裝5臺立式混流泵，運行方式4用1備。泵站最大水流量為30m3/s，單泵流量7.5m3/s，總裝機容量13315kW，單機功率為2600kW。調(diào)壓塔最高設計水位24m，前池通過箱涵連接東江，每日潮汐落差1.5m左右。泵組出水口分別安裝液控止回蝶閥和電動檢修蝶閥，液控止回蝶閥關閥時間：12s左右。電動檢修蝶閥關閥時間230s左右。

泵站已經(jīng)連續(xù)運行36h，天氣突然變化雷鳴閃電，10kV高壓跳閘，液控止回蝶閥動力配電箱損壞。泵站事故停機，其中一號機組液控止回蝶閥，因故障不能自動關閥，電動檢修蝶閥因為自身設計上局限性，也不能及時關閉泵組出水口通道。泵站立即啟動應急預案，手動關電動檢修蝶閥需要20min左右，啟動泵站柴油機發(fā)電需要12min左右。調(diào)壓塔內(nèi)的水快速倒流，產(chǎn)生水錘效應損壞泵組設備。

因雷擊停電對泵組所造成的損失如下。

（1）水泵聯(lián)軸器及聯(lián)軸節(jié)受損，電機軸與水泵軸同心度參數(shù)偏大，造成水泵葉輪碰撞，耐磨環(huán)損傷。建議立式混流泵大修。

（2）電機和水泵機座固定件損壞，水泵及電機振動加大。電機和水泵機座檢修。

（3）水泵長時間反轉，水泵上導軸承缺少潤滑水而損壞。立式混流泵大修，建議更換上導碳纖維合成軸承。

（4）水泵快速反轉，容易造成水泵高頻變壓器故障。建議高壓變頻器檢測維護。

根據(jù)泵站設計規(guī)范總則1.0.1條。將從泵站工程技術先進性、安全可靠性、經(jīng)濟合理性和運行管理方便性等多方面，論證泵組設備電動檢修閥是否還應該保留。

2 泵站工程技術先進性

17世紀中期，瑞士數(shù)學家、物理學家歐拉提出了葉輪式水力機械的基本方程式，從此奠定了離心泵設計的理論基礎。隨著社會對水泵流量要求提高，一種新型水泵混流泵開發(fā)出來，其工作原理是在離心泵理論基礎上設計的一種新型泵。19世紀末，高速電機的發(fā)明使離心泵獲得理想動力源，水泵其性能范圍和使用領域也日益擴大。隨即而來的電動蝶閥與水泵配套設計，電動蝶閥需求量增加。早期電動蝶閥與離心泵配套設計，其主要目的是保障離心泵開機時能安全運行。后來隨著科學技術的發(fā)展，供水需求量增大，大流量高揚程新型水泵出現(xiàn)。液控止回蝶閥功能參數(shù)的優(yōu)秀，和對泵站運行安全性，與泵組配套設計，液控止回蝶閥慢慢取代了電動蝶閥。

3 泵站安全可靠性

3.1 電動檢俢碟閥

與泵組配套設計的電動蝶閥，選用雙向電動蝶閥，在國內(nèi)有少數(shù)泵站存在閥門選型錯誤。泵站常用的閥臥式電動蝶板采用三偏心設計，旋轉90°即可快速啟閉。閥門啟閉的速度不可調(diào)節(jié)，相對而言，閥門直徑越大啟閉速度越慢。例如直徑2000mm左右的電動蝶閥，開閥時間：180～300s左右，關閥時間：100～200s左右，不同型號閥門啟閉時間有區(qū)別。由此可見，電動檢俢蝶閥關閥時間過長，不適應高水位泵站配套設計。

3.2 液控止回蝶閥

與立式混流泵配套液控止回蝶閥，具有自動保壓蓄能、遠程液控、緩閉止回功能。閥門安裝在水泵出水口，DCS微機管理。常用的液控止回蝶閥蓄能方式有：重錘蓄能，氮氣罐蓄能。

重錘蓄能閥：液控止回蝶閥需要長期支撐重錘損耗能量，并且存在重錘起落時安全隱患。因此不適應高水位泵站配套設計。

氮氣罐蓄能閥：大型止回蝶閥采用雙氮氣罐蓄能方式，當泵組因停電故障高水位停機時，靠雙罐蓄存的能量自動關閉蝶閥，從而避免泵組因故障停機時所產(chǎn)生的水錘效應，電動檢修蝶閥沒有這個功能。

液壓止回蝶閥采用三偏心設計，旋轉90°即可快速啟閉。閥門啟閉的速度可調(diào)節(jié)，以直徑2000mm左右的液壓止回蝶閥為例，開閥時間：15～30s，關閥時間：5～12s。液控止回蝶閥關閥時間短，適應用于高水位泵站設計。

從泵站安全可靠性設計分析，液控止回蝶閥具有保壓、蓄能、自動關閥功能，并且關閥時間短，能滿足高水位泵站設計要求。

4 泵站經(jīng)濟合理性

建設泵站目的是為了促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，提高人民生活水平。泵站機電工程投資占泵站總造價40%～60%。合理的設備配套選型，有利于泵站長時間安全高效運行，設計院提供的泵站配套設備的技術規(guī)范書，需要進行經(jīng)濟合理性評估。對于運行多年的泵站需要加大對設備安全投入，安全生產(chǎn)法第十八條，生產(chǎn)經(jīng)營單位應當具備的安全生產(chǎn)條件所必需的安全資金投入，應急液控止回蝶閥是泵組系統(tǒng)中用于安全防護的設備。

從泵站設計分析，液控止回蝶閥前期投入是電動蝶閥3倍左右，但是，后期運行管理和維護，液控止回蝶閥優(yōu)于電動蝶閥。例如，電動蝶閥機械故障率高于液控止回蝶閥，運行維護成本隨著使用年限上升。

5 泵站運行管理方便性

大型泵站在運行過程中，最大設備故障是突發(fā)性停電，泵組液控止回蝶閥(工作閥)未及時關閉，而電動檢修蝶閥因自身設計上的原因，也不能及時關閉，從而造成泵組反轉設備損壞。為了防止這類事故發(fā)生，泵站除了設備運行巡查人員24h巡查外，還需要安排應急處理人員24h堅守水泵層，防止泵組高水位事故停機。

將電動檢修蝶閥改換為應急液控止回蝶閥，這樣雙止回蝶閥處于待機狀態(tài)。工作液控止回蝶閥安裝水泵排水口方向，負責泵組運行開機、關機工作。應急液控止回蝶閥安裝在工作液控止回蝶閥后面，因工作蝶閥事故而負責應急處理工作。當泵組液控止回蝶閥(工作閥)未及時關閉時，設定三秒后應急液控止回蝶閥自動關閉泵組排水通道，這樣防止事故進一步擴散，確保泵站安全運行。應急管理人員不再需要24小時堅守水泵層，“守株待兔”等待事故出現(xiàn)。

6 電動檢修蝶閥更換為應急液控止回蝶閥理論依據(jù)

根據(jù)《生產(chǎn)安全事故應急預案管理辦法》第十條：對于危險性較大的工作崗位，生產(chǎn)經(jīng)營單位應當制定重點工作崗位的現(xiàn)場處置方案。現(xiàn)場處置方案應當包括危險性分析、可能發(fā)生的事故特征、應急處置程序、應急處置要點和注意事項等內(nèi)容。

電動檢修蝶閥安裝在泵組液控止回蝶閥(工作閥)后面，為泵組檢修服務，因此取名為電動檢修蝶閥。由于電動檢修蝶本身設計上的局限性，電動蝶閥與液控止回蝶閥比較可知，電動蝶閥機械故障率高，啟閉速度偏慢。而液控止回蝶閥具有自動穩(wěn)壓、蓄能功能，在泵組事故停電狀況下能自動快速關閉蝶閥。把電動檢修蝶閥更換為液控止回蝶閥，不但具備電動檢修蝶閥的檢修斷流功能，在泵組微電腦配合下，而且還具有泵組事故應急處置快速關斷功能。因此，把安裝在泵組液控止回蝶閥(工作蝶閥)后面，為泵組檢修、應急服務的液控止回蝶閥，取名為應急液控止回蝶閥(應急蝶閥)。

為了確保大型泵站安全生產(chǎn)運行，需要對危險性較大的工作崗位，制定重點工作崗位的現(xiàn)場處置方案。高水位泵站事故停機，水泵層的泵組設備成為危險性較大的工作崗位。如果泵組液控止回蝶閥(工作蝶閥)，在事故中不及時關閉，水泵快速反轉，危害泵站設備及工作人員安全。在制定重點工作崗位的現(xiàn)場處置方案中，除了加強對設備定期維護和不間斷巡查外，還需要加大對泵站設備的安全投入，提高泵組系統(tǒng)本質(zhì)安全。更換電動檢修蝶閥，安裝應急液控止回蝶閥(應急蝶閥)，在泵組微電腦配合下，自動關閉蝶閥完成應急任務。

7 應急液控止回蝶閥安裝要求

7.1 閥門技術規(guī)范書

泵站向水利水電設計院申請泵組配套設備技術服務，設計院提供與泵組配套液控止回蝶閥(應急閥)技術規(guī)范書。技術規(guī)范書對液控止回蝶閥(應急閥)：公稱壓力、公稱通徑、啟閉時間、工作電源、工作環(huán)境、系統(tǒng)控制等方面進行技術分析和規(guī)范。根據(jù)液控止回蝶閥(應急閥)技術規(guī)范書，閥門廠商提供配套閥門，安裝方提供閥門安裝調(diào)試方案。

液控止回蝶閥主要技術要求：

（1）液控止回蝶閥具有切斷和止回兩種功能，關閉時分快慢兩個階段，啟閉時間范圍和角行程范圍可調(diào)整。

（2）液控止回蝶閥啟閉狀態(tài)，現(xiàn)場有顯示、遠程有監(jiān)控。

（3）液控止回蝶閥自動穩(wěn)壓、蓄能。因故障無動力電源時，液控止回蝶閥靠自身蓄能快速關斷。

由式(7)和(8)可知點(0，0)，(1，0)，(0，1)和點 (1，1)是均衡點。令 p'=可知，當滿足時，點(p'，q')也是均衡點。

（4）液控止回蝶閥液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的最高壓力在關閉油泵后的50h內(nèi)，下降數(shù)值不能大于2MPa。

（5）液壓缸應裝有刮垢器，活塞桿密封圈及活塞環(huán)應采用丁腈橡膠等耐油材料。

（6）液控止回蝶閥試驗后，蝶板應開啟4～5度。

（7）液控止回蝶閥動力電源與備用電源獨立供電。閥門控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術，智能控制遠程監(jiān)控。

（8）液控止回蝶閥工作環(huán)境大多數(shù)在地下層，因此對環(huán)境溫度和濕度有特殊要求，技術規(guī)范書中有明確的參數(shù)規(guī)定。

7.2 液控止回蝶閥主要技術參數(shù)

（2）公稱通徑：200～3000mm，（3）開閥時間：(公稱通徑1000～3000mm)25～120s，（4）關閥時間：(公稱通徑1000～3000mm)快關3～30s、慢關4～60s。

7.3 閥門安裝與泵組聯(lián)合調(diào)試方案

施工方根據(jù)液控止回蝶閥(應急閥)技術規(guī)范書，提供閥門安裝和泵組聯(lián)合調(diào)試方案，根據(jù)方案進行安裝和調(diào)試。

（1）應急液控止回蝶閥(應急閥)，安裝在泵組出水口方向液控止回蝶閥(工作閥)后面。

（2）為了確保泵站運行安全，泵站高壓采用雙電源供電。應急液控止回蝶閥(應急閥)和工作液控止回蝶閥(工作閥）使用同一組動力電源，但是，兩液控止回蝶閥備用電源必須各自獨立供電。

（3）工作液控止回蝶閥(工作閥)負責泵組運行時啟閉工作，應急液控止回蝶閥(應急閥)負責泵組事故應急關閉任務。

（4）所有設備要與接地網(wǎng)可靠連接，接地電阻不大于4歐姆。動力配電箱有防雷電保護裝置。

（5）泵組聯(lián)合調(diào)試以模擬調(diào)試為主，模擬調(diào)試無誤后，再啟動泵組運行調(diào)試。

本文從閥門工作特性，高水位泵站設計要求和安全生產(chǎn)應急法規(guī)等多方面，講述泵組電動檢修蝶閥是否還應該保留的觀點，論證應急液控止回蝶閥替代電動檢修蝶閥可行性，為大流量高水位泵站設計、改造提供參考。