城鎮燃氣管道閥門設計選型研究

方召君

城鎮燃氣管道閥門設計選型研究

方召君

（合肥合燃華潤燃氣有限公司，安徽 合肥 230075）

文章對目前合肥市運行時間較長的燃氣閥門出現問題，進行了原因分析，并有針對性地提出了解決方案，同時對其中的磚砌閥井設計提出了優化思路，并結合目前采用的軟密封閘閥提出閥門在選型時的重點和注意事項，為今后燃氣閥門的設計和選型提供一定的參考價值。

燃氣管道；管道閥門；設計

引言

隨著我國城鎮燃氣事業的蓬勃發展，燃氣閥門作為燃氣管道配套的附件，市場上對其需求量也不斷增大。我國埋地使用的燃氣閥門按其結構形式分主要有閘閥、球閥和蝶閥三種。安裝方式有磚砌閥門井和直接埋設兩種[1]。目前大多數燃氣管道閥門無論是閘閥還是PE雙放散球閥，其敷設方式大多數采用的是磚砌閥門井。

2003年天然氣正式進入合肥市，合肥市從此邁向“天然氣時代”。相對于此前使用的人工煤氣而言，其壓力比人工煤氣高。因此在較高壓力作用下，若天然氣含有粉塵，將對閥門內腔形成較強的沖刷作用，常常使燃氣閥門內腔出現積沙，這將嚴重影響閥門的嚴密性，同時也給后期的維修和搶險帶來不便[2-3]。

閥門是燃氣輸配、存儲系統安全運行和檢修以及改造中必不可少的重要設備。如果燃氣閥門選型不當或質量不佳，就可能引發泄漏，甚至是停產等事故。因此選用合適的閥門不僅關系到用氣企業的正常生產，有時還關系到燃氣管網的整體安全運行。本文結合目前合肥市燃氣管道中閥門運用的現狀，分析問題產生的原因，提出閥門在設計選型時需要關注的重點。

1 燃氣閥門的種類

目前我國天然氣行業使用的燃氣閥門從結構形式上分類，主要有閘閥、球閥、蝶閥3個大類。

閘閥是通過閥門里面的閘板上下移動來實現閥門的啟閉，以此來控制管線上某一部位的“全開、全關”。閘閥通常適用于不經常啟閉，并且能保持閘板全開或全閉的工況，因此不適用于調節或節流。因為閘閥為全通徑設計，通常為管徑的3～5倍，所以流通阻力小。閘閥結構高度較高，一般適用于管道埋深較深的情況。

球閥是靠旋轉球體來使閥門啟閉，一般開、閉只須旋轉90°即可實現。由于球閥體積小，開關輕便，因此可以做成大口徑，由于其密封面與球面處于閉合狀態，不易被介質沖蝕，密封性能好，因此在各行業得到廣泛的應用。

蝶閥是根據管子擋扳的原理設計的，其流動控制元件是固定在心軸上的圓盤，通過旋轉心軸來控制閥門啟閉，閥座固定于閥體壁上。蝶閥結構體積小，重量輕，易操作，但流通阻力大。

2 閥門應用現狀

燃氣閥門的主要敷設方式有砌閥井和直接埋設兩種方式，目前燃氣管道閥門的敷設方式大多采用前者，即砌井的方式[4-5]。目前聚乙烯管道采用的是雙放散球閥，該種閥門雖然具備直埋敷設的條件，但是很多情況下為了維護方便依然采用砌閥井敷設方式。大多數鋼制管道采用的是法蘭閘閥，該種閥門敷設方式采用的也是砌井方式，不同的是該種閥門在安裝時為了后期便于拆卸，常常在閥體附近安裝補償器。

2.1 存在的問題

隨著使用年限的增長，砌閥井的敷設方式弊端日益凸顯，其中最常見的問題是閥門井中常有積水，如圖1(a)所示，閥井積水不僅加劇了閥門、補償器等設施的腐蝕，降低了燃氣管網整體安全性，同時也會嚴重影響燃氣管道的使用壽命。此外，法蘭連接的閥門在其連接處容易出現積土和積沙的現象，如圖1(b)所示。積土和積沙會使后期燃氣搶險經常出現閥門無法正常啟閉的問題，這給搶險造成了阻礙，由于閘閥與補償器采用的連接方式是法蘭連接，隨著運行時間的加長，容易造成泄漏，因此在一定程度上存在安全隱患。

圖1 存在問題的閥門

2.2 原因分析

造成閥門井積水的原因可以總結為以下兩點：一是由于磚砌閥門井本體強度不高、質量穩定性較差，極易出現縫隙間砂漿不密實等現象，遇到下雨天閥井里常常出現積水；二是通常磚砌閥門井埋深大多低于地表水位，經常受到地下水的浸泡，因此閥門井外部積水會通過閥門井周圍不密實縫隙滲入閥門井內，造成閥門井內部積水。對于積沙現象大致有以下兩方面原因。

（1）閘閥下腔容易積聚雜質。若燃氣管道內存在雜質，經過長時間運行，下閥腔空間被壓縮，當閥門關閉時，閘板無法完全閉合，導致閥門關閉不嚴。

（2）密封不嚴導致內漏。閥門的泄漏分為外漏和內漏，其中導致內漏的一個重要原因是閘板與密封面之間的平整度不夠。據了解，目前有些燃氣公司在役的部分閥門處于沒有完全開啟的運行狀態，閘板與管道介質長時間接觸，導致密封圈受損變形，從而使閘板與密封面之間不能平整貼合，產生內漏。

3 改進措施

3.1 采用直埋閥門

目前合肥市在重要道路和重要用戶的地方逐步推廣使用軟密封閘閥，與普通的閘閥和球閥相比，該閥門不僅可以直接埋設，而且此種閥門安裝時無需補償器，減少了漏氣點，運行更加安全。除此之外，該種閥門具有體積小、重量輕的特點，同時還省去了砌閥門井的費用及閥門井的維護費用。軟密封閘閥安裝如圖2所示。

圖2 軟密封閘閥安裝圖

但是該種閥門的推廣使用存在放散和置換方面的困難。這是由于軟密封閘閥本身不具備放散的功能，與PE雙放散球閥相比，其放散時需要安裝專門的放散管來進行放散，如何解決這一問題尚需要摸索。

3.2 提高閥門井防水性能

閥門井的防水工程設計可以采用結構自防水和隔水法兩種方式相結合來考慮。結構自防水是指利用結構本身的密實性和剛度來提高結構本身的抗滲性能[6]。隔水法是指利用不滲透材料或弱滲透材料將水與結構隔開，從而起到防水的作用。

3.3 加強燃氣管道全過程的質量控制

對于施工方要加強閥井施工過程的監督，相關負責人要現場抽查監護，保證施工質量。同時在施工過程中要保持輸氣管道內部清潔，如管子進場前做好兩端封堵、施工中及時封堵管道末端管口、耐壓試驗前先采用清管球進行清掃等[7]。在后期的驗收過程中要提高閥井驗收效果和驗收質量。

4 燃氣管廊閥門設計與選型

綜合管廊就是將燃氣、電力、給排水等各種城市公共管道布置在城市地下的一個隧道空間，該空間稱為城市地下綜合管廊。該方法與傳統的埋地敷設相比，集約使用了城市地下公共空間，提高了城市市政基礎設施建設水平[8]。目前，我國在上海、北京等城市已實現了燃氣管道入廊工程，2016年合肥市納入全國地下綜合管廊試點城市，成為第二批綜合管廊試點城市。

4.1 閥室設計

根據《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838－2015）[9]中第5.1.7條規定：壓力管道進出綜合管廊時，應在綜合管廊外部設置閥門；第6.4.7條規定：天然氣管道分段閥宜設置在綜合管廊外部。同時考慮后期的運維和管理，一方面是閥門設置在管廊內部時不利于事故時的放散，另一方面是兼顧后期的操作和維修，因此在具備條件的情況下，閥室單獨設置在管廊外部優勢明顯。閥室的結構示意圖如圖3所示。

圖3 閥室結構示意圖（單位：mm）

閥室的具體尺寸隨著管徑的不同而變化。閥室墻體采用鋼筋混凝土結構或混凝土砌塊結構，強度等級為C30，閥室內外墻體均用防水砂漿粉刷。閥室底部設300 mm厚素砼墊層，素砼墊層強度等級為C15。為保證管道的防水、防腐，閥室土建部分與管道主體統一施工建設。

4.2 閥門選型

根據《城市綜合管廊工程技術規范》（GB 50838－2015）中第6.4.8條規定：天然氣管道進出綜合管廊時應設置具有遠程關閉功能的緊急切斷閥。根據管道閥門安裝、維修空間、各閥門的性能特點等綜合考慮，目前合肥市燃氣管道的閥門均采用全焊接電動雙放散球閥，如圖4所示。該種閥門可以通過電動和手動兩種方式實現對閥門的開啟和關閉，其開度可手動調節，并具備弱電控制、反饋功能。

圖4 全焊接電動雙放散球閥實際圖

為了后期運營和管理的便捷，管道閥門設置在綜合管廊外部，閥門采用遠程控制閥，如上文所述采用的是全焊接電動雙放散球閥，可以電動、手動開啟和關閉，開度手動可調，采用的是380 V電動，并具備弱電控制和反饋功能。

燃氣管道閥門在后期的運行與維護當中起著至關重要的作用，其設計與選型不僅要滿足規范的要求，同時也要兼顧管網的整體性。總的來說，我國地下綜合管道目前處于發展階段，對燃氣管道閥門的設計有待進一步研究，同時相關規范和標準也需要不斷完善。

5 閥門選型重點及注意事項

5.1 材料耐腐蝕

對于直埋敷設的閥門，其閥體與土壤直接接觸，通常土壤中的弱酸弱堿對閥門具有腐蝕作用，而閥門的使用年限跟燃氣管道的設計使用壽命相近，一般都為幾十年。因此為減少后期維修成本和運行成本，在選擇閥門時需要綜合考慮閥體的抗腐蝕性。

5.2 密封性好

密封性是衡量閥門質量的重要指標。由前文所述可知，閥門的泄漏分為外漏和內漏，具有良好密封性的閥門可以減少外漏和內漏的情況，提高閥門整體使用效果。保證閥門的密封性能，就需要密封墊具有優良的耐腐蝕性、耐磨性及彈性。

5.3 維護簡單、操作方便

地下管線閥門絕大多數都需要人工來啟閉，因此選擇閥門時要考慮其啟閉扭矩的大小，從而保障事故發生后能夠盡快切斷氣源。同時閥門的零部件設計應考慮采用少維護甚至是免維護結構，盡可能減少因閥門檢修保養而封閉道路，影響交通的情況。

6 結論

本文結合目前合肥市燃氣閥門不同的埋設方式，針對在役運行時間較長的閥門出現的一些問題做了詳細的分析，提出了閥門在選型時應當重點關注閥體的抗腐蝕性、閥門的密封性，同時需要加強后期的運維。

隨著我國城市燃氣事業和科學技術的不斷發展，未來將會有更多新材料、新設備、新工藝、新技術應用于燃氣閥門的制造中，因此燃氣閥門的選用標準也應當不斷地更新和改進。與此同時在“四新”技術的應用中，應當注重操作人員的培訓工作，加強操作人員的應用技能，以適應燃氣運行管理的多方面需要。

[1] 蔣洪恩. 燃氣閥門應用現狀及選型[J]. 技術與市場，2012，19(4): 114，116.

[2] 古小龍，徐鑒，盧江龍，等. 城鎮燃氣閥門井滲水原因及對策[J]. 城市燃氣，2017(1): 9-14.

[3] 彭峻峰，羅娜，唐波. 燃氣埋地閥門功能改進措施及應用[J]. 天然氣技術與經濟，2019，13(5): 62-66.

[4] 俞翔，陳振農，王偉棟，等. 燃氣閥門井結構優化及應用設計計算[J]. 浙江建筑，2018，35(1): 21-24.

[5] 李雪，鐘濤. 燃氣閥門井智慧一體化安全運營技術研究[C]// 2017中國燃氣運營與安全研討會. 中國土木工程學會，2017: 620-625.

[6] 錢凡排，王偉棟，余建民，等. 預制整體式鋼筋混凝土燃氣閥門井設計與應用[J]. 煤氣與熱力，2017，37(8): 8-11.

[7] 賀建平，劉敏秋，李相義，等. PE燃氣閥門焊接工藝參數研究[J]. 工程塑料應用，2013，41(8): 42-46.

[8] 徐笑蓉. 城市燃氣管道入綜合管廊問題與措施探究[J]. 城市燃氣，2018(5): 9-11.

[9] 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 城市綜合管廊工程技術規范: GB 50838－2015[S]. 北京: 中國計劃出版社，2015.

Research on Design and Selection of Valves for Urban Gas Pipeline

The article analyzes the causes of problems with gas valves that have been operating for a long time in Hefei City, and proposes targeted solutions. At the same time, optimization ideas are proposed for the design of brick valve wells, and key points and precautions for valve selection are proposed in combination with the currently used soft seal gate valves. This provides certain reference value for the design and selection of gas valves in the future.

gas pipeline; pipeline valves; design

TV996

A

1008-1151(2023)11-0069-03

2022-10-09

方召君（1991－），女，合肥合燃華潤燃氣有限公司設計院燃氣設計工程師，研究方向為城市燃氣。