水務(wù)集團(tuán)機(jī)械排泥閥的應(yīng)用對比研究

鐘炎輝，紀(jì)宏卓

（深圳市深水寶安水務(wù)集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大流量角式排泥閥又稱蓋閥，通常用于沉淀池底部排放底泥，用以控制水廠流程水的濁度。在實際應(yīng)用中，排泥閥一般使用數(shù)量較多，例如一個設(shè)計供水規(guī)模為35萬t/d的水廠，排泥閥總數(shù)可以達(dá)到200個。水廠排泥閥使用情況的好壞不僅關(guān)系到水廠整體的設(shè)備完好率，而且影響到濾前水的濁度控制。因此，排泥閥成為保障出廠水水質(zhì)的重要設(shè)備之一。

1 現(xiàn)狀概述

南方某水務(wù)集團(tuán)有9座凈水廠，總設(shè)計供水能力176萬t/d，平均日供水量為115萬t/d，絮凝沉淀階段凈水構(gòu)筑物采用平流沉淀池/斜管沉淀池+V形濾池為主的處理工藝，排泥工藝大部分采用角式快開排泥閥進(jìn)行排泥。

據(jù)統(tǒng)計，水廠合計共有角式快開排泥閥1050臺，閥門品牌及數(shù)量見表1。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛各水廠的排泥閥總數(shù)分別為 44，126，100，120，200，109，191，160 和 1050 個。

表1 深圳市某水務(wù)集團(tuán)下屬水廠在用排泥閥調(diào)查匯總 個

上述閥門中，除了A廠家和F廠家為膜片式排泥閥外，其余均為活塞式排泥閥，采用電磁閥控制換向，驅(qū)動介質(zhì)大部分以廠內(nèi)自用水為主，少數(shù)采用壓縮空氣。

2 存在問題

早期各水廠排泥閥以活塞形式為主，驅(qū)動介質(zhì)液體或氣體，控制電磁閥采用二位四通或二位五通形式。排泥閥使用時間普遍較長，并且老舊閥門占比較大。由于排泥閥在水廠數(shù)量多，使用頻率高，該類閥的高故障率對生產(chǎn)造成一定影響，主要存在以下問題。

（1）使用時間大多超過10 a，存在閥門動作不靈活、漏水、密封件磨損嚴(yán)重、配件更換頻繁、故障率偏高等問題。

（2）老舊排泥閥多數(shù)已經(jīng)停產(chǎn)，個別廠商已經(jīng)倒閉，閥門缸體磨損、活塞密封皮碗老化后配件難以購買。

（4）采用1個電磁閥控制多個排泥閥控制形式，存在由于排泥閥開啟壓力不同導(dǎo)致的個別閥長時間不動作的現(xiàn)象。

（5）各水廠已于2017年相繼建成排泥水處理設(shè)施，均面臨需要對廠區(qū)排泥水運行進(jìn)行優(yōu)化處理。

按現(xiàn)有的處置要求，需要改變排泥方式、對提升排水量進(jìn)行精確控制，因此有必要對現(xiàn)有各廠的排泥閥進(jìn)行升級改造。因此，該水務(wù)集團(tuán)實施了新一輪的排泥閥改造。

3 市場上各類排泥閥調(diào)研結(jié)果

改造前，為使得下屬水廠排泥閥具備統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，相關(guān)技術(shù)人員特別針對該集團(tuán)內(nèi)部在用以及國內(nèi)外市場上排泥閥生產(chǎn)、使用及銷售情況進(jìn)行了調(diào)研、比較。調(diào)研的國外品牌在國內(nèi)無該類閥門生產(chǎn)線，無法提供相應(yīng)資料進(jìn)行對比，因此在此不再做討論。其余國內(nèi)主流品牌結(jié)構(gòu)形式及電磁閥控制形式的調(diào)研結(jié)果匯總見表2。其中，電磁閥價格以200元人民幣為1個單元“+”計算，價格“++”代表400元人民幣。

表2 國內(nèi)主流品牌廠家排泥閥結(jié)構(gòu)形式及控制電磁閥特點

4 排泥閥結(jié)構(gòu)特點及原理對比

由表2可知，目前市場上排泥閥從控制腔形式分為膜片式和活塞式2種，驅(qū)動介質(zhì)分別為壓縮空氣和自來水。根據(jù)控制介質(zhì)以及主體結(jié)構(gòu)，電磁閥配置也存在一定區(qū)別。現(xiàn)對其中主要的5類組合進(jìn)行簡要對比。

4.1 第一種：氣動+膜片+控制腔彈簧+二位五通電磁閥（圖1）

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和3導(dǎo)通，接口2和5導(dǎo)通，閥門上腔有壓、下腔排空，在壓力與彈簧的共同作用下閥門關(guān)閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導(dǎo)通，接口3和4導(dǎo)通，閥門下腔有壓、上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，在自重和進(jìn)口水壓作用下排泥閥閥芯處于關(guān)閉位置。

4.2 第二種：液動+膜片+控制腔彈簧+二位四通電磁閥（圖2）

圖1 第一種組合電氣結(jié)構(gòu)示意

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和2導(dǎo)通，閥門上腔有壓、下腔排空，在壓力與彈簧的共同作用下閥門關(guān)閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導(dǎo)通，接口3和4導(dǎo)通，閥門下腔有壓、上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關(guān)閉位置。

圖2 第二種組合電氣結(jié)構(gòu)示意

圖3 第三種組合電氣結(jié)構(gòu)示意

4.3 第三種：液動+膜片+控制腔彈簧+二位二通電磁閥（圖3）

原理說明：①電磁閥失電時，兩位兩通電磁閥關(guān)閉，閥門膜片腔內(nèi)失壓，下腔液體排空，在重力與控制腔彈簧的共同作用下閥門關(guān)閉；②電磁閥得電時，二位二通電磁閥開啟，閥門膜片腔內(nèi)進(jìn)水有壓，閥門下腔泄水，進(jìn)水量泄水量，控制腔彈簧壓縮，③門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關(guān)閉位置。

4.4 第四種：液動+膜片+流道腔彈簧+兩位兩通電磁閥

原理說明：①電磁閥失電時，二位二通電磁閥關(guān)閉，閥門膜片腔內(nèi)失壓，下腔針法排空，在重力與流道腔彈簧的共同作用下閥門關(guān)閉；②電磁閥得電時，二位二通電磁閥開啟，閥門膜片腔內(nèi)進(jìn)水有壓，閥門下腔泄水，進(jìn)水量泄水量，流道腔彈簧壓縮，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關(guān)閉位置。

4.5 第五種：液動+活塞+二位四通電磁閥（圖4）

原理說明：①電磁閥失電時，電磁閥接口1和2導(dǎo)通。閥門上腔有壓，下腔排空，在壓力與自重的共同作用下閥門關(guān)閉；②電磁閥得電時，電磁閥接口1和2導(dǎo)通，接口3和4導(dǎo)通。閥門下腔有壓，上腔排空，閥門開啟；③電磁閥失電、失壓時，排泥閥閥芯處于關(guān)閉位置。

以上5種形式排泥閥均在水廠得到實際應(yīng)用，從實際使用效果和故障率來看，排泥閥投入使用早期均能實現(xiàn)排泥閥快開慢閉功能。但是隨著時間的推移，排泥閥產(chǎn)生的故障主要4類：①驅(qū)動介質(zhì)（液體或氣體）有雜質(zhì)堵塞管路或電磁閥；②電磁閥故障失效；③活塞缸壁磨損，密封皮碗或密封圈失效；④膜片破裂或老化失效。

從設(shè)備選型角度出發(fā)，在實現(xiàn)同樣功能基礎(chǔ)上，必須簡化結(jié)構(gòu)形式、優(yōu)化控制模式、減少故障點。因此，膜片替代活塞可減少摩擦副帶來的故障，二位二通替代二位四通（或五通）可減少電磁閥滑芯換向帶來的諸多故障點。另外，二位二通電磁閥可以將驅(qū)動介質(zhì)帶入的雜質(zhì)排除腔體外，也是一個優(yōu)勢。

5 結(jié)論

（1）目前國外品牌，如丹麥埃維柯（AVK）、德國閥安格（VAG）、德國凱士比（KSB）等，在國內(nèi)不銷售角式排泥閥。

（2）活塞式排泥閥有缸體磨損、活塞密封失效等缺點，因此正逐步被膜片式閥門取代，2010年后市場上角式排泥閥多數(shù)以膜片式為主。

（3）為了處理排泥閥水池低液位時閥瓣無法關(guān)緊的情況，大多數(shù)廠家在閥體內(nèi)加裝了助力彈簧，可以起到速閉效果。

圖4 第五種組合電氣結(jié)構(gòu)示意

（4）氣動排泥閥門皆采用二位五通電磁閥控制，液動排泥閥以兩位四通和兩位兩通電磁閥控制為主。

（5）排泥閥換向電磁閥價格以液動二位四通最高，1600元人民幣/個；二位二通電磁閥最低，200元人民幣/個。從低故障率以及控制可靠性分析，二位二通電磁閥大幅領(lǐng)先二位四通或二位五通電磁閥（該類電磁閥由于需要滑芯換向?qū)е陆Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、易堵塞，對控制用壓力水和壓縮空氣有較高的要求）。

6 建議

（1）排泥閥宜采用結(jié)構(gòu)簡單的二位二通電磁閥控制，可實現(xiàn)排泥閥控制壓力源開閉的功能，無須兼顧壓力源換向，避免因二位四通（或五通）電磁閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來的高故障率。

（2）如果需要對廠區(qū)排泥水進(jìn)行優(yōu)化處理，每個排泥閥門宜獨立配套1個電磁閥，實現(xiàn)單個排泥閥排泥量的精準(zhǔn)可控。

（3）閥門驅(qū)動介質(zhì)宜采用液動控制。液體的不可壓縮性高于氣體，可減少因閥體內(nèi)部稍許滲漏導(dǎo)致的閥門啟閉困難問題。

（4）宜選用配有彈簧助力關(guān)緊的閥門，避免閥門在水池低液位時閥瓣無法關(guān)嚴(yán)。

綜上所述，液動+膜片+助力彈簧+兩位兩通電磁閥控制的形式比較符合凈水廠及國內(nèi)水行業(yè)的使用要求，值得推廣。