方召君

城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿篱y門設(shè)計選型研究

方召君

（合肥合燃華潤燃?xì)庥邢薰荆不?合肥 230075）

文章對目前合肥市運(yùn)行時間較長的燃?xì)忾y門出現(xiàn)問題，進(jìn)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(shè)計提出了優(yōu)化思路，并結(jié)合目前采用的軟密封閘閥提出閥門在選型時的重點(diǎn)和注意事項，為今后燃?xì)忾y門的設(shè)計和選型提供一定的參考價值。

燃?xì)夤艿?；管道閥門；設(shè)計

引言

隨著我國城鎮(zhèn)燃?xì)馐聵I(yè)的蓬勃發(fā)展，燃?xì)忾y門作為燃?xì)夤艿琅涮椎母郊袌錾蠈ζ湫枨罅恳膊粩嘣龃?。我國埋地使用的燃?xì)忾y門按其結(jié)構(gòu)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(shè)兩種[1]。目前大多數(shù)燃?xì)夤艿篱y門無論是閘閥還是PE雙放散球閥，其敷設(shè)方式大多數(shù)采用的是磚砌閥門井。

2003年天然氣正式進(jìn)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(nèi)腔形成較強(qiáng)的沖刷作用，常常使燃?xì)忾y門內(nèi)腔出現(xiàn)積沙，這將嚴(yán)重影響閥門的嚴(yán)密性，同時也給后期的維修和搶險帶來不便[2-3]。

閥門是燃?xì)廨斉?、存儲系統(tǒng)安全運(yùn)行和檢修以及改造中必不可少的重要設(shè)備。如果燃?xì)忾y門選型不當(dāng)或質(zhì)量不佳，就可能引發(fā)泄漏，甚至是停產(chǎn)等事故。因此選用合適的閥門不僅關(guān)系到用氣企業(yè)的正常生產(chǎn)，有時還關(guān)系到燃?xì)夤芫W(wǎng)的整體安全運(yùn)行。本文結(jié)合目前合肥市燃?xì)夤艿乐虚y門運(yùn)用的現(xiàn)狀，分析問題產(chǎn)生的原因，提出閥門在設(shè)計選型時需要關(guān)注的重點(diǎn)。

1 燃?xì)忾y門的種類

目前我國天然氣行業(yè)使用的燃?xì)忾y門從結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)閥門的啟閉，以此來控制管線上某一部位的“全開、全關(guān)”。閘閥通常適用于不經(jīng)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(diào)節(jié)或節(jié)流。因?yàn)殚l閥為全通徑設(shè)計，通常為管徑的3～5倍，所以流通阻力小。閘閥結(jié)構(gòu)高度較高，一般適用于管道埋深較深的情況。

球閥是靠旋轉(zhuǎn)球體來使閥門啟閉，一般開、閉只須旋轉(zhuǎn)90°即可實(shí)現(xiàn)。由于球閥體積小，開關(guān)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(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，密封性能好，因此在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

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

2 閥門應(yīng)用現(xiàn)狀

燃?xì)忾y門的主要敷設(shè)方式有砌閥井和直接埋設(shè)兩種方式，目前燃?xì)夤艿篱y門的敷設(shè)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(shè)的條件，但是很多情況下為了維護(hù)方便依然采用砌閥井敷設(shè)方式。大多數(shù)鋼制管道采用的是法蘭閘閥，該種閥門敷設(shè)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(bǔ)償器。

2.1 存在的問題

隨著使用年限的增長，砌閥井的敷設(shè)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(bǔ)償器等設(shè)施的腐蝕，降低了燃?xì)夤芫W(wǎng)整體安全性，同時也會嚴(yán)重影響燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖４送?，法蘭連接的閥門在其連接處容易出現(xiàn)積土和積沙的現(xiàn)象，如圖1(b)所示。積土和積沙會使后期燃?xì)鈸岆U經(jīng)常出現(xiàn)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(bǔ)償器采用的連接方式是法蘭連接，隨著運(yùn)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(jié)為以下兩點(diǎn)：一是由于磚砌閥門井本體強(qiáng)度不高、質(zhì)量穩(wěn)定性較差，極易出現(xiàn)縫隙間砂漿不密實(shí)等現(xiàn)象，遇到下雨天閥井里常常出現(xiàn)積水；二是通常磚砌閥門井埋深大多低于地表水位，經(jīng)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(shí)縫隙滲入閥門井內(nèi)，造成閥門井內(nèi)部積水。對于積沙現(xiàn)象大致有以下兩方面原因。

（1）閘閥下腔容易積聚雜質(zhì)。若燃?xì)夤艿纼?nèi)存在雜質(zhì)，經(jīng)過長時間運(yùn)行，下閥腔空間被壓縮，當(dāng)閥門關(guān)閉時，閘板無法完全閉合，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)。

（2）密封不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏。閥門的泄漏分為外漏和內(nèi)漏，其中導(dǎo)致內(nèi)漏的一個重要原因是閘板與密封面之間的平整度不夠。據(jù)了解，目前有些燃?xì)夤驹谝鄣牟糠珠y門處于沒有完全開啟的運(yùn)行狀態(tài)，閘板與管道介質(zhì)長時間接觸，導(dǎo)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(chǎn)生內(nèi)漏。

3 改進(jìn)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(shè)，而且此種閥門安裝時無需補(bǔ)償器，減少了漏氣點(diǎn)，運(yùn)行更加安全。除此之外，該種閥門具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，同時還省去了砌閥門井的費(fèi)用及閥門井的維護(hù)費(fèi)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(jìn)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(shè)計可以采用結(jié)構(gòu)自防水和隔水法兩種方式相結(jié)合來考慮。結(jié)構(gòu)自防水是指利用結(jié)構(gòu)本身的密實(shí)性和剛度來提高結(jié)構(gòu)本身的抗?jié)B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(jié)構(gòu)隔開，從而起到防水的作用。

3.3 加強(qiáng)燃?xì)夤艿廊^程的質(zhì)量控制

對于施工方要加強(qiáng)閥井施工過程的監(jiān)督，相關(guān)負(fù)責(zé)人要現(xiàn)場抽查監(jiān)護(hù)，保證施工質(zhì)量。同時在施工過程中要保持輸氣管道內(nèi)部清潔，如管子進(jìn)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(yàn)前先采用清管球進(jìn)行清掃等[7]。在后期的驗(yàn)收過程中要提高閥井驗(yàn)收效果和驗(yàn)收質(zhì)量。

4 燃?xì)夤芾乳y門設(shè)計與選型

綜合管廊就是將燃?xì)?、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(tǒng)的埋地敷設(shè)相比，集約使用了城市地下公共空間，提高了城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平[8]。目前，我國在上海、北京等城市已實(shí)現(xiàn)了燃?xì)夤艿廊肜裙こ蹋?016年合肥市納入全國地下綜合管廊試點(diǎn)城市，成為第二批綜合管廊試點(diǎn)城市。

4.1 閥室設(shè)計

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838－2015）[9]中第5.1.7條規(guī)定：壓力管道進(jìn)出綜合管廊時，應(yīng)在綜合管廊外部設(shè)置閥門；第6.4.7條規(guī)定：天然氣管道分段閥宜設(shè)置在綜合管廊外部。同時考慮后期的運(yùn)維和管理，一方面是閥門設(shè)置在管廊內(nèi)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(dú)設(shè)置在管廊外部優(yōu)勢明顯。閥室的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 閥室結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)或混凝土砌塊結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度等級為C30，閥室內(nèi)外墻體均用防水砂漿粉刷。閥室底部設(shè)300 mm厚素砼墊層，素砼墊層強(qiáng)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(tǒng)一施工建設(shè)。

4.2 閥門選型

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838－2015）中第6.4.8條規(guī)定：天然氣管道進(jìn)出綜合管廊時應(yīng)設(shè)置具有遠(yuǎn)程關(guān)閉功能的緊急切斷閥。根據(jù)管道閥門安裝、維修空間、各閥門的性能特點(diǎn)等綜合考慮，目前合肥市燃?xì)夤艿赖拈y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(shí)現(xiàn)對閥門的開啟和關(guān)閉，其開度可手動調(diào)節(jié)，并具備弱電控制、反饋功能。

圖4 全焊接電動雙放散球閥實(shí)際圖

為了后期運(yùn)營和管理的便捷，管道閥門設(shè)置在綜合管廊外部，閥門采用遠(yuǎn)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(guān)閉，開度手動可調(diào)，采用的是380 V電動，并具備弱電控制和反饋功能。

燃?xì)夤艿篱y門在后期的運(yùn)行與維護(hù)當(dāng)中起著至關(guān)重要的作用，其設(shè)計與選型不僅要滿足規(guī)范的要求，同時也要兼顧管網(wǎng)的整體性。總的來說，我國地下綜合管道目前處于發(fā)展階段，對燃?xì)夤艿篱y門的設(shè)計有待進(jìn)一步研究，同時相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也需要不斷完善。

5 閥門選型重點(diǎn)及注意事項

5.1 材料耐腐蝕

對于直埋敷設(shè)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?xì)夤艿赖脑O(shè)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(yùn)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(zhì)量的重要指標(biāo)。由前文所述可知，閥門的泄漏分為外漏和內(nèi)漏，具有良好密封性的閥門可以減少外漏和內(nèi)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(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性及彈性。

5.3 維護(hù)簡單、操作方便

地下管線閥門絕大多數(shù)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(fā)生后能夠盡快切斷氣源。同時閥門的零部件設(shè)計應(yīng)考慮采用少維護(hù)甚至是免維護(hù)結(jié)構(gòu)，盡可能減少因閥門檢修保養(yǎng)而封閉道路，影響交通的情況。

6 結(jié)論

本文結(jié)合目前合肥市燃?xì)忾y門不同的埋設(shè)方式，針對在役運(yùn)行時間較長的閥門出現(xiàn)的一些問題做了詳細(xì)的分析，提出了閥門在選型時應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注閥體的抗腐蝕性、閥門的密封性，同時需要加強(qiáng)后期的運(yùn)維。

隨著我國城市燃?xì)馐聵I(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將會有更多新材料、新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)忾y門的制造中，因此燃?xì)忾y門的選用標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)當(dāng)不斷地更新和改進(jìn)。與此同時在“四新”技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)注重操作人員的培訓(xùn)工作，加強(qiáng)操作人員的應(yīng)用技能，以適應(yīng)燃?xì)膺\(yùn)行管理的多方面需要。

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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

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1008-1151(2023)11-0069-03

2022-10-09

方召君（1991－），女，合肥合燃華潤燃?xì)庥邢薰驹O(shè)計院燃?xì)庠O(shè)計工程師，研究方向?yàn)槌鞘腥細(xì)狻?/p>