郭 升

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000)

0 引言

閥門在實(shí)際使用過程中可能會(huì)因設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行或者是其他外界因素的影響造成泄漏，分為外漏和內(nèi)漏兩類。外漏時(shí)表現(xiàn)比較直觀，可看到液體泄漏或聽到泄漏聲，巡查人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并做出相應(yīng)控制措施，內(nèi)漏則一般不易發(fā)現(xiàn)，具有一定的隱蔽性，供熱運(yùn)行中通常發(fā)生的是閥門內(nèi)漏。對供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)、設(shè)備維護(hù)、泄漏故障搶修造成嚴(yán)重危害。準(zhǔn)確判斷閥門的嚴(yán)密程度可為冬季管網(wǎng)搶修及夏季設(shè)備維護(hù)、檢修提供重要數(shù)據(jù)支持，減少搶修、維護(hù)工作量，縮小泄漏事故的影響范圍。

1 閥門內(nèi)漏的原因

1)設(shè)計(jì)、裝配問題：閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，流體通過閥門時(shí)能量沒有得到有效消耗，造成密封面沖擊磨損力大，在長時(shí)間高溫、高壓情況下閥體或密封面遭到破壞；閥門控制件(球體、閥瓣)與密封件制造或裝配精度不夠，出廠前壓力與泄漏量試驗(yàn)未達(dá)到國家規(guī)范要求[1]。

2)安裝問題：施工現(xiàn)場保護(hù)不到位，閥門兩端沒有加裝盲板，雨水、沙子等雜質(zhì)進(jìn)入閥座，造成泄漏；閥門焊接時(shí)燒傷密封面引起內(nèi)漏；焊渣、異物等造成密封面劃傷；出廠或安裝時(shí)零位、滿位、限位設(shè)置不合理導(dǎo)致使用過程中閥門關(guān)閉不嚴(yán)或關(guān)太緊將密封面壓壞[2]。

3)運(yùn)輸介質(zhì)問題：運(yùn)行中主要是管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)存在雜物，影響閥門密封性，例如：管道安裝完畢后未進(jìn)行沖洗或沖洗不徹底，管道內(nèi)留存了較多的焊渣、雜物等，導(dǎo)致運(yùn)行過程中雜物卡在閥座處，執(zhí)行閥門啟、閉操作時(shí)造成密封面受損。

4)運(yùn)行操作不規(guī)范：運(yùn)行中未按照閥門規(guī)范操作進(jìn)行，將關(guān)斷閥當(dāng)做調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥使用，高溫、高速、高壓流體的沖刷會(huì)導(dǎo)致閥門密封面損壞；閥門開閉時(shí)，用力不當(dāng)或盲目使用加力管等，造成閥芯、閥座接觸力過大，造成密封面損壞。

2 常用閥門內(nèi)漏判斷方法

2.1 聲音辨別法

閥門內(nèi)漏可造成閥腔內(nèi)液體流速顯著提高并在縫隙的地區(qū)形成渦流，壓力瞬間降低，若低于飽和壓力，就會(huì)產(chǎn)生汽蝕并伴有尖銳的嘯叫聲。操作時(shí)關(guān)閉待監(jiān)測閥門，若閥腔內(nèi)存在嘯叫聲或聲音不均勻，可判斷為閥門內(nèi)漏，反之關(guān)閉嚴(yán)密。這種方法操作比較簡便，但由于嘯叫聲大小和頻率與內(nèi)漏量存在著很大的關(guān)系，當(dāng)內(nèi)漏量較大時(shí)嘯叫聲不明顯，且嘈雜的外界環(huán)境會(huì)影響閥腔內(nèi)聲音監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及技能水平也會(huì)影響檢測結(jié)果。

2.2 放空法

通過熱力站內(nèi)泄放一次網(wǎng)支線內(nèi)液體判斷閥門是否內(nèi)漏。操作時(shí)關(guān)閉待檢測閥門，打開站內(nèi)除污器或換熱器泄水，若液體無法完全排空，即認(rèn)為該閥門內(nèi)漏，反之則不存在。這種方法局限性較大，適合站內(nèi)換熱器或除污器清洗時(shí)同步檢查，弊端主要為泄水量較大、熱媒浪費(fèi)嚴(yán)重、供熱恢復(fù)時(shí)間較長。

2.3 流量檢測法

現(xiàn)有的測量手段主要為手持超聲波流量計(jì)，通過測量閥門后端流量變化確定閥門的狀態(tài)。若閥門關(guān)閉嚴(yán)密則流量顯示為零，反之有數(shù)據(jù)顯示則為閥門內(nèi)漏。這種方法泄漏情況可量化是閥門內(nèi)漏檢測的有效手段，但實(shí)踐過程中也發(fā)現(xiàn)部分弊端：當(dāng)閥門內(nèi)漏量較小時(shí)對設(shè)備的精度要求較高；由于部分閥室內(nèi)空間有限，存在不能滿足設(shè)備使用要求(測量點(diǎn)前端直管段10倍管徑，后端5倍管徑)的情況。

2.4 壓力監(jiān)測法

室外熱水網(wǎng)路中，水的流動(dòng)狀態(tài)大多數(shù)處于阻力平方區(qū)。流體的壓力降與流量的關(guān)系可用如下公式表示[3]，可通過供回水壓差變化來判斷閥門內(nèi)漏情況。

ΔP=SV2。

其中，ΔP為網(wǎng)路計(jì)算管段的壓力降，Pa；S為網(wǎng)路計(jì)算管段的阻力系數(shù)，Pa/(m3·h)-2；V為網(wǎng)路計(jì)算管段的水流量，m3/h。

根據(jù)公式當(dāng)S一定時(shí)，網(wǎng)路計(jì)算管段的壓力降網(wǎng)路管段的壓力降ΔP與網(wǎng)路計(jì)算管段的水流量V成正相關(guān)，以熱力站一次網(wǎng)供回水閥門內(nèi)漏檢測為例，若關(guān)閉供水閥門后熱力站一次網(wǎng)供水/回水壓差為零，即表明閥門不存在內(nèi)漏，反之若存在壓力差則閥門內(nèi)漏。這種方法方便、快捷、直觀，供熱恢復(fù)時(shí)間快，是運(yùn)行期定性分析閥門關(guān)閉嚴(yán)密性的好方法。

3 基于智慧供熱平臺(tái)的壓力監(jiān)測法實(shí)用性驗(yàn)證

現(xiàn)某公司所轄熱力站已全部實(shí)現(xiàn)供熱運(yùn)行智能化、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳化，可使用“基于智慧供熱平臺(tái)的壓力監(jiān)測法”檢測閥門關(guān)閉嚴(yán)密性。該方法可實(shí)時(shí)記錄管網(wǎng)壓力變化，并形成歷史曲線圖，便于數(shù)據(jù)的記錄及分析。為驗(yàn)證這種方法的準(zhǔn)確性及實(shí)用性，以某熱力站一次網(wǎng)支線供水/回水閥門進(jìn)行測試，根據(jù)平臺(tái)記錄的熱力站一次側(cè)壓力參數(shù)歷史曲線(如圖1所示)進(jìn)行分析。

3.1 第一階段測試

操作步驟如下：關(guān)閉待測試熱力站一次網(wǎng)支線供水/回水閥門，打開站內(nèi)一次網(wǎng)泄水將壓力泄放至初始回水壓力以下，觀察熱力站一次網(wǎng)壓力變化。

根據(jù)智慧供熱平臺(tái)記錄的歷史參數(shù)，該熱力站供水/回水初始壓力為1.39 MPa/1.16 MPa，按計(jì)劃完成閥門及泄壓操作，供水/回水達(dá)到平衡時(shí)壓力為0.16 MPa/0.16 MPa。5 min內(nèi)供水/回水壓力保持不變(無壓差)，表明該熱力站一次網(wǎng)供水/回水閥門均嚴(yán)密。

3.2 第二階段測試

基于第一階段測試結(jié)果，模擬支線供水閥門內(nèi)漏，回水閥門嚴(yán)密的情況。操作步驟如下：將一次網(wǎng)供水閥門打開1/10，回水閥門保持關(guān)閉狀態(tài)，觀察熱力站一次網(wǎng)壓力變化。

根據(jù)智慧供熱平臺(tái)記錄的歷史參數(shù)，按計(jì)劃完成閥門操作后，回水壓力持續(xù)上升，5 min后供水/回水壓力達(dá)到平衡為1.39 MPa/1.39 MPa。觀察5 min后，供水/回水壓力保持不變(無壓差)。表明若出現(xiàn)此類情況，該熱力站一次網(wǎng)供水閥門內(nèi)漏，回水閥門嚴(yán)密。

3.3 第三階段測試

模擬支線供水/回水閥門同時(shí)內(nèi)漏且內(nèi)漏量較小的情況。操作步驟如下：一次網(wǎng)供水閥門保持1/10開度，將回水閥門也打開1/10，觀察熱力站一次網(wǎng)壓力變化。

根據(jù)智慧供熱平臺(tái)記錄的歷史參數(shù)，按計(jì)劃完成閥門操作后，供水壓力持續(xù)下降，供水/回水壓力達(dá)到平衡時(shí)為1.27 MPa/1.16 MPa，壓差由初始0.24 MPa縮小至0.11 MPa。此時(shí)現(xiàn)場操作人員可明顯聽到供水閥腔內(nèi)傳出尖銳的嘯叫聲。觀察5 min，供水/回水壓差基本保持不變。表明若出現(xiàn)此類情況，該熱力站一次網(wǎng)供水/回水閥門均存在內(nèi)漏。

3.4 第四階段測試

模擬支線回水閥門內(nèi)漏，供水閥門嚴(yán)密的情況。操作步驟如下：將一次網(wǎng)回水閥門保持1/10開度，關(guān)閉供水閥門，觀察熱力站一次網(wǎng)壓力變化。

根據(jù)智慧供熱平臺(tái)記錄的歷史參數(shù)，按計(jì)劃完成閥門操作后，供水壓力持續(xù)下升，供水/回水壓力達(dá)到平衡時(shí)為1.16 MPa/1.16 MPa，5 min內(nèi)，供水/回水壓力保持不變(無壓差)。表明若出現(xiàn)此類情況，該熱力站一次網(wǎng)回水閥門內(nèi)漏，供水閥門嚴(yán)密。

3.5 第五階段測試

模擬支線供水/回水閥門同時(shí)內(nèi)漏且內(nèi)漏量較大的情況。操作步驟如下：將一次網(wǎng)供水/回水閥門開度均設(shè)置為1/8，觀察熱力站一次網(wǎng)壓力變化。

根據(jù)智慧供熱平臺(tái)記錄的歷史參數(shù)，按計(jì)劃完成閥門操作后，供水壓力逐漸上升，供水/回水壓力達(dá)到平衡時(shí)為1.39 MPa/1.16 MPa，已恢復(fù)至閥門操作前的狀態(tài)，操作過程中現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)隨著供回水閥門開度的逐漸變大，閥腔內(nèi)嘯叫聲消失。表明若出現(xiàn)此類情況，該熱力站一次網(wǎng)供水/回水閥門均存在內(nèi)漏。同時(shí)驗(yàn)證了聲音辨別法確實(shí)存在一定的局限性。

4 方法推廣及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述測試結(jié)果，驗(yàn)證了“基于智慧供熱平臺(tái)的壓力監(jiān)測法”判斷閥門內(nèi)漏的可行性及實(shí)用性。為消除供熱運(yùn)行安全隱患，我公司組織相關(guān)人員采用此方法對所轄熱力站一次網(wǎng)支線閥門進(jìn)行了嚴(yán)密性測試，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在對274座熱力站548臺(tái)一次網(wǎng)支線閥門檢查過程中，發(fā)現(xiàn)34臺(tái)閥門存在內(nèi)漏問題。其中供水閥門31臺(tái)，占比91%，回水閥門3臺(tái)，占比9%(見圖2)。另外，內(nèi)漏閥門中28臺(tái)為焊接蝶閥，占比82%，6臺(tái)為焊接球閥，占比18%(見圖3)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對比之下高溫、高壓對閥門的密封性能影響較大，閥門更容易出現(xiàn)內(nèi)漏，另外，由于站內(nèi)一次網(wǎng)除污器、過濾器的運(yùn)用，清除了流體內(nèi)存在的異物，改善一次網(wǎng)水質(zhì)對閥門也起到保護(hù)作用；面密封優(yōu)于線密封，可靠性更高，條件允許時(shí)為保證閥門關(guān)閉嚴(yán)密性，需盡可能安裝焊接球閥。

5 幾種典型的閥門內(nèi)漏壓力曲線

5.1 供水閥門內(nèi)漏

操作步驟：依次關(guān)閉回水/供水閥門，壓力曲線呈現(xiàn)如下變化(見圖4，圖5)，則供水閥門內(nèi)漏。

5.2 回水閥門內(nèi)漏

操作步驟：圖6依次關(guān)閉供水/回水閥門；圖7關(guān)閉供水/回水并泄壓至初始回水壓力以下。壓力曲線呈現(xiàn)如下變化(見圖6，圖7)，則供水閥門嚴(yán)密，回水閥門內(nèi)漏。

5.3 供水/回水閥門均內(nèi)漏

操作步驟：關(guān)閉供水/回水閥門并泄壓至初始回水壓力以下。壓力曲線呈現(xiàn)如下變化(見圖8，圖9)，則供回水閥門均內(nèi)漏。

6 供熱一次管網(wǎng)常用閥門內(nèi)漏處理及防治措施

熱力網(wǎng)管干線、支干線、支線的起點(diǎn)應(yīng)安裝關(guān)斷閥門，分段閥門的間距宜為：輸送干線，2 000 m～3 000 m；輸配干線，1 000 m～1 500 m[4]；現(xiàn)供熱一次管網(wǎng)的常用分?jǐn)嚅y門主要為焊接球閥和焊接蝶閥，考慮到管網(wǎng)建設(shè)初投資，一般DN250及以下管徑采用焊接球閥，DN300及以上管徑采用焊接蝶閥。

閥門出現(xiàn)內(nèi)漏后，可根據(jù)具體情況對其進(jìn)行維護(hù)。運(yùn)行期，手柄式焊接球閥檢查軸鍵是否與管線垂直，閥桿和閥桿止動(dòng)塊間是否堆積鐵銹、灰塵、油漆等雜物，這些雜物將造成閥門無法旋轉(zhuǎn)到位而引起內(nèi)漏。手輪式焊接球閥、焊接蝶閥檢查閥門關(guān)閉狀態(tài)下開度指示裝置是否指向零位，嘗試調(diào)整閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)限位螺栓，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)長期銹蝕，潤滑脂硬化或限位螺栓松動(dòng)將使限位不準(zhǔn)確，造成內(nèi)漏。若調(diào)整后仍存在內(nèi)漏問題，停熱后需對閥門進(jìn)行拆卸，焊接球閥主要檢查閥座或閥芯密封面有無損傷，可以研磨閥座或閥芯密封面進(jìn)行維修，焊接蝶閥主要檢查密封面與閥座處是否卡塞異物或密封圈出現(xiàn)破損、變形等情況，更換閥門密封圈解決內(nèi)漏問題[5]。

加強(qiáng)全周期管理：1)閥門驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行外觀檢查、查看密封面和閥座有無受損情況，開閉是否靈活，技術(shù)資料是否齊全。2)閥門安裝時(shí)規(guī)范安裝、焊接工藝，安裝完畢后及時(shí)對管道進(jìn)行沖洗，防止焊渣及異物卡塞或劃傷閥門密封面。3)嚴(yán)格遵守閥門操作規(guī)程，禁止多人一起操作或使用加力桿等現(xiàn)象；避免大管徑閥門兩側(cè)壓差過大時(shí)開閥，可通過增加旁通管路的方式減少閥門兩側(cè)壓差。對于常開或常關(guān)狀態(tài)的閥門，每月開關(guān)活動(dòng)閥門一次，檢查閥門是否能夠開到位和關(guān)到位。4)定期檢驗(yàn)與維護(hù)閥門，若查出有內(nèi)漏情況及時(shí)檢修，以免內(nèi)漏現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。

7 結(jié)語

閥門內(nèi)漏，不僅影響正常的供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)，也對供熱設(shè)施、設(shè)備的維護(hù)、管網(wǎng)漏點(diǎn)搶修帶來諸多不便。通過對各種閥門內(nèi)漏檢測方法的對比，“基于智慧供熱平臺(tái)的壓力監(jiān)測法”判斷閥門的內(nèi)漏有效可行且供熱恢復(fù)時(shí)間短，在運(yùn)行期即可快捷、準(zhǔn)確的辨別閥門密封情況，為設(shè)備維護(hù)、檢修提供重要技術(shù)支持，可普遍推廣應(yīng)用。另外，加強(qiáng)閥門的全周期管理是預(yù)防閥門內(nèi)漏發(fā)生和防止繼續(xù)加劇的重要手段，減少資源的浪費(fèi)和日常維護(hù)的成本，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。