水電廠閘閥通孔原因分析與防范

熊金華

摘 要：針對某水電廠使用的閘閥出現(xiàn)通孔現(xiàn)象采取磁粉檢測、超聲波厚度掃描等檢測方法收集整理數(shù)據(jù)，通過作圖分析找到了閘閥通孔的原因，對已通孔的閥門解體檢查驗證了分析的正確性，為了提高閥門運行的安全性，分別從設計、安裝、運行維護等方面深入分析，提出了防止水力發(fā)電廠閘閥通孔及損壞的措施，給出了閥門在工作過程中的運行維護建議。

關鍵詞：水電廠；閘閥；通孔；運行維護

1 概述

閘閥以其簡單的結構、良好的密封性能、耐磨損、使用壽命長等優(yōu)點越來越廣泛地應用于水電廠輔機系統(tǒng)中，有效實現(xiàn)了對介質的通斷控制，為水電廠發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定與控制發(fā)揮了重要的作用。然而，在使用過程中由于閥門參與控制的介質種類、承壓能力選擇不當，運行方式不合理等原因導致閥門壁厚逐漸減薄甚至通孔損壞，由此對水力發(fā)電廠構成了嚴重的安全隱患，增加了檢修幾率和檢修成本。經(jīng)多年的分析和摸索發(fā)現(xiàn)：根據(jù)閥門內(nèi)流通介質及壓力配套關系，選擇合理的閥門鑄造材料、合理的承壓能力，安排合理的運行方式可大大減少閥門的故障率，提高安全性，有效節(jié)省運行維護成本。

2 閘閥通孔原因的分析

某水電廠自2007年7月投產(chǎn)，技術供水系統(tǒng)閥門采用球墨鑄鐵閘閥，最大水頭117m、額定水頭102m、最小水頭75m，河流中懸移質含沙量2.11kg/m3，在運行過程中相繼發(fā)現(xiàn)多個閘閥通孔現(xiàn)象，嚴重威脅著機組的安全穩(wěn)定運行。為找出通孔原因技術人員對閥門進行分析，外觀檢查閥體表面防腐良好，除去表面防腐層并清洗后進行磁粉檢查，未發(fā)現(xiàn)閥體裂紋，對閥體進行超聲波厚度掃描，發(fā)現(xiàn)在閘板密封面與閥體接觸面右后方的閥體部位出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象，大小約25×25mm，深度達25mm，為進一步掌握確切數(shù)據(jù)，技術人員又選40×50mm范圍進行超聲波厚度掃描，分別沿X和Y方向每隔10mm記錄一個數(shù)據(jù)，如I區(qū)厚度表1，通過表1進行分析，發(fā)現(xiàn)漏點周圍厚度從3.5-9.8mm不等，存在不同程度的減薄，減薄現(xiàn)象存在不均勻性，由此可近似做出圖1 I區(qū)內(nèi)表面近似形貌圖，從圖1中可以看出漏點周圍內(nèi)表面不是整體減薄，漏點附近減薄量最大，整體呈倒漏斗形，根據(jù)減薄的部位以及當時閥門運行工況和狀態(tài)，初步懷疑由于閥門閘板長期處于半開位置，運行過程中水流在閘板處的狀態(tài)發(fā)生改變，從而對閥芯后方閥壁造成氣蝕和沖刷，最終導致閥壁厚減薄，為進一步證明這一結論，我們將表2中II區(qū)厚度轉化為減薄量后進行繪圖，如圖2所示，可以看出II區(qū)內(nèi)表面整體呈現(xiàn)出平緩狀態(tài)，沒有較大變化。結合表1、2和圖2可以看出I區(qū)內(nèi)表面減薄明顯，但是漏點周圍厚度未達到0，仍然留存3-4mm，可見閥體沒有完全沖蝕通透。

通過上述數(shù)據(jù)分析，閥門通孔的原因是由于高壓水流通過DN300的閥門內(nèi)部流道時在閘板與閥體內(nèi)閘板引導槽接觸面上形成窄道，水流經(jīng)窄道后再擴散向DN300的流道，由此在閥體內(nèi)部閘板引導槽底部形成沖刷與氣蝕，導致閥門體內(nèi)壁氣蝕減薄，減薄至一定程度后閥門暗存砂眼，造成漏水。從分析的數(shù)據(jù)看來閥門不存在裂紋，且閥門為局部缺陷，短期內(nèi)不會對主設備造成威脅。經(jīng)過一段時間運行后，機組迎來了檢修期，技術人員對存在缺陷的閥門解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)部存在嚴重的沖刷、氣蝕現(xiàn)象，并且與試驗分析結果相吻合，由此進一步驗證了分析結果的正確性。

3 閘閥通孔的防范措施

3.1 從設計與制造上把關

合理的設計事關閥門的壽命及運行過程中的安全性，在水力發(fā)電廠使用的閥門中應當從以下幾個方面重點考慮。

（1）流道設計。合理的流道設計一方面可以減少介質損耗，另一方面可減少介質與閥體的摩擦。

（2）材質選擇。水電廠控制系統(tǒng)中閥門主要的通流介質是油、水、氣，各種介質中含有不同成份，在設計時有必要充分考慮閥門的材質，根據(jù)通流介質選擇合適的鑄造材質，保證閥門具備耐老化、耐磨損的性能。

（3）制造。在制造過程中毛坯鑄件要求表面光潔，閥體組織致密，不得出現(xiàn)氣孔、溶孔、裂紋、夾砂等缺陷，制造時需進行金相組織、機械性能、耐腐蝕性能和無損探傷等多種檢驗，止出現(xiàn)導致閥門滲漏的缺陷。

（4）防腐措施。水力發(fā)電廠廠房內(nèi)濕度較大，容易引起金屬部件的銹蝕，所以閥門在生產(chǎn)過程中的防腐程序不容忽視，閥門的內(nèi)部、外部均有必要采取可靠的防腐，適當提高閥門壽命。

3.2 介質與壓力選擇

（1）介質選擇。閘閥在水力發(fā)電廠中主要用于技術供水系統(tǒng)、低壓供油管道系統(tǒng)，水中含沙量的、其它介質所含的酸堿成分將加劇閥門的損壞速度，所以在使用過程中務必根據(jù)流通介質選擇合理的閥門材質。

（2）壓力選擇。壓力作為選擇閥門的一個關鍵指標，在采購前務必充分測算閥門所需要承受的壓力等級，合理選擇與工作壓力相匹配的閥門既可提高安全系數(shù)又可以有效控制預算。

3.3 合理安裝與調試

安裝過程中的工藝流程至關重要，科學合理的安裝與調試可有效防止閘閥受損，延長閥門壽命。

（1）管道安裝后應徹底清洗，防止通入介質過程中管道內(nèi)殘留的焊渣、鐵屑、焊條頭等軋傷密封面，影響密封效果，同時可以避免閥門內(nèi)壁受刮傷磨損。

（2）管道與閥體連接處必須保持平整，不得出現(xiàn)明顯的凹凸過渡，否則在高速水流作用下易形成氣蝕，隨著運行時間的推移，閥體內(nèi)壁逐漸氣蝕變薄，最終造成通孔。

（3）安裝時閥桿應盡可能垂直向上，否則會出現(xiàn)閘板卡住的現(xiàn)象。

（4）在電動閘閥安裝調試過程中的操作應嚴格按照說明書進行，防止開啟行程過大或保護力矩過高而拉斷閥桿，損壞閥體壓蓋而造成泄漏。

（5）在安裝調試過程中，閥蓋處為填料密封的閥門，填料蓋壓緊應適當，過松將造成泄漏，過緊則增加閥門操作的阻力，過度擰緊有可能造成壓蓋T型螺栓斷裂產(chǎn)生泄漏，遇壓力高時可能造成事故。

3.4 合理的運行方式和維護是重要保證

（1）在運行過程中閘閥應當保持全關或全開狀態(tài)，不允許作節(jié)流用，同時盡量控制水流的含沙量，減少閘板密封面磨損。

（2）閘閥由全關向開啟方向操作時巨大的壓差將對閘閥的密封面產(chǎn)生磨損、氣蝕等作用，從而損壞閥門，因此在重要的高壓大口徑閥門前后應增加旁路裝置以降低啟閉壓差。

（3）自緊密封設計的閥門在運行過程中因為長期承受波動壓力沖擊，閥蓋容易下沉二引起泄漏，因此運行一段時間后應再緊固預緊螺栓，緊固的同時防止過度擰緊，否則容易造成壓蓋螺栓斷裂引發(fā)事故。

（4）啟閉力矩大于400N·m的閥門應采用增力機構設計，如齒輪機構、撞擊手輪、帶軸承的閥桿螺母等，這樣容易關閉到位，有效防止閘板關閉不到位形成的高壓細流水對閥體進行沖刷和氣蝕。

4 結束語

水力發(fā)電廠所使用的閘閥要求特殊，其質量和結構直接影響著安全生產(chǎn)工作的開展，合理的閥門設計、可靠的制造質量、適當?shù)倪x型、良好的運行方式、科學的點檢定修是保證閥門安全和長壽的保證，在閥門的配置過程中應當從源頭抓起，運行過程中安排合理的運行方式，在日常的巡檢過程中及時發(fā)現(xiàn)閥門出現(xiàn)的異常并及時消除，確保閥門工作在最優(yōu)的工作狀態(tài)，如此方可達到其設計的最佳效果。

參考文獻

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