鄂北地區(qū)水資源配置工程3.8 m液控蝶閥生產(chǎn)制造及質(zhì)量控制研究

賀雙健 夏玉龍 蔡新明

摘要：鄂北地區(qū)水資源配置工程孟樓-七方倒虹吸有壓輸水管線(xiàn)使用3.8 m液控蝶閥進(jìn)行管道連通、檢修以及切斷水流。介紹了該蝶閥的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)材料，指出了蝶閥生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)。蝶閥組裝完畢后的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果表明，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。工程試通水結(jié)果顯示，設(shè)備承受壓力和密封性能良好。

關(guān)鍵詞：3.8 m液控蝴蝶閥;蝶閥生產(chǎn);質(zhì)量控制;鄂北地區(qū)水資源配置工程

中圖法分類(lèi)號(hào)：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.002

Abstract： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve was used in pressured pipeline of Menglou-to-Qifang inverted siphon of North Hubei Water Transfer Project for pipeline connection， maintenance and flow blockage. The design， materials and structure of the valve were introduced and the main points in the quality controlofthe manufacture process were pointed out. The tests after the installment of the valves showed that the technical indexes met the design requirements. The trail water passing revealed that the valve performed well in pressure bearing and sealing.

Key words： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve; manufacture of butterfly valve; quality control; North Hubei Water Transfer Project

鄂北地區(qū)水資源配置工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鄂北工程”）以丹江口水庫(kù)為水源，從丹江口水庫(kù)清泉溝隧洞起，自西北向東南橫穿鄂北崗地，止于孝感市大悟縣王家沖水庫(kù)，輸水線(xiàn)路總長(zhǎng)269.67 km。工程由取水建筑物、輸水明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽、節(jié)制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、排洪建筑物及王家沖水庫(kù)擴(kuò)建工程等組成。工程全線(xiàn)自流引水，年均引水7.7億m3，利用受水區(qū)36座水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，設(shè)24處分水口，設(shè)計(jì)供水人口482萬(wàn)人，灌溉面積24.23 萬(wàn)hm2 （363.5萬(wàn)畝）。工程總投資180.57億元，總工期45個(gè)月。？

3.8 m液控蝶閥主要用于鄂北工程孟樓-七方倒虹吸有壓輸水管線(xiàn)（3 排 PCCP 管）上的管道連通、管道檢修以及切斷水流。其中：在鄂北工程丹襄段馬張河樁號(hào)48+400處（1.0 MPa）安裝3800Dx7pk41X-16Mn型干管檢修閥6臺(tái)、連通閥2臺(tái)、旁通路閥門(mén)附件8臺(tái)（雙法蘭松套傳力補(bǔ)償接頭）、前后短管24 m、蝴蝶閥液控站8套、DN300旁通管與旁通閥16套;在夾河套樁號(hào)80+600處（1.6 MPa）安裝3800Dx7pk41X-10Mn型干管檢修閥6臺(tái)、連通閥2臺(tái)、旁通路閥門(mén)附件8臺(tái)（雙法蘭松套傳力補(bǔ)償接頭）、前后短管24 m、蝴蝶閥液控站8套、DN300旁通管與旁通閥16套。

1 蝶閥設(shè)計(jì)

蝶閥所在管道的設(shè)計(jì)流量為12.67 m3/s，可手動(dòng)或液壓操作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地及遠(yuǎn)程監(jiān)控。閥門(mén)使用壽命為30 a，大修間隔10 a[1]。當(dāng)上下游發(fā)生事故需切斷水流時(shí)，閥門(mén)采取兩段直線(xiàn)關(guān)閉，在70 s內(nèi)從全開(kāi)關(guān)閉至20°，然后在1 800 s內(nèi)完全關(guān)閉。

當(dāng)管道重啟運(yùn)行時(shí)，閥門(mén)采取先慢開(kāi)后快開(kāi)的兩段直線(xiàn)開(kāi)啟，在170 s內(nèi)從全關(guān)開(kāi)啟至20°，然后在1 800 s內(nèi)完全關(guān)閉。

2 結(jié)構(gòu)和材料

（1）閥體采用Q345C鋼板焊接工藝制造，閥門(mén)具有雙向密封性能，關(guān)閉時(shí)既可以切斷水流的正向流動(dòng)，又可以切斷介質(zhì)的反向流動(dòng)[1]。

（2）蝶閥活門(mén)采用雙平板結(jié)構(gòu)，采用Q345C鋼板焊接工藝制造，密封面選用橡膠制作，使用不銹鋼緊固件和調(diào)節(jié)壓板緊固。閥體密封面選用不銹鋼制作，使用壽命長(zhǎng)[2]。橡膠密封圈最低使用壽命不得少于5 a。

（3）密封座金屬密封面采用不銹鋼制成，應(yīng)能雙向承壓，橡膠密封圈安裝于蝶板上，方便在管道內(nèi)調(diào)節(jié)和更換。

（4）閥軸采用2Cr13不銹鋼[2]，為2根分別插入閥板中的短軸，其插入閥中的長(zhǎng)度不小于軸徑的1.5倍，最小直徑應(yīng)滿(mǎn)足力矩及有關(guān)參數(shù)要求。

3 設(shè)備制造

3.1 閥體制作

（1）閥體裝焊。板件采用數(shù)控切割下料。體筒兩側(cè)焊接坡口采用大型刨邊機(jī)加工，數(shù)控卷板機(jī)卷圓成形，拼接焊縫采用小車(chē)式埋弧自動(dòng)焊焊接。棒料采用鋸床下料。軸座筒鍛件外協(xié)加工。上、下游法蘭由板材分段拼焊而成，拼接接頭進(jìn)行100%UT檢查。

（2）法蘭與體筒裝焊。將上、下游法蘭與體筒裝配在一起，控制三者同心度，形成法蘭與體筒的組合件;然后將其固定在大型焊接變位機(jī)上，采用埋弧自動(dòng)焊焊接法蘭與體筒之間的兩條環(huán)向圓周焊縫以及體筒收口縱縫。

（3）第一次無(wú)損檢測(cè)。對(duì)法蘭與體筒之間的兩條環(huán)向圓周焊縫及體筒所有縱縫適當(dāng)清理后，進(jìn)行100%UT+100%MT檢測(cè)。

（4）兩軸筒座裝焊。①在體筒上劃出軸孔裝配位置線(xiàn)。②檢查確認(rèn)后，采用手工火焰槍割出軸座的裝配孔。③裝配軸座，保證兩軸座端面有足夠的加工余量。④采用CO2氣體保護(hù)焊焊接體筒與兩軸筒座之間的焊縫，要求交替焊接以減少焊接變形，焊縫要求清根焊透，保證質(zhì)量。

（5）第二次無(wú)損檢測(cè)。對(duì)軸筒座與體筒之間焊縫適當(dāng)清理后，進(jìn)行100%UT+100%MT檢測(cè)。

（6）劃線(xiàn)裝配軸座補(bǔ)強(qiáng)板、外圍圈筋、法蘭筋板、密封座及站腳內(nèi)側(cè)筋板，然后將工件整體固定到焊接變位機(jī)上，采用半自動(dòng)氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接。

（7）中間工序加工。精車(chē)兩端法蘭外圓，車(chē)一側(cè)端法蘭平面見(jiàn)白，車(chē)密封座堆焊基面并進(jìn)行PT滲透檢測(cè)。

（8）在工件上裝配面板支承弧板、軸筒座面板、吊耳、站腳等，然后將工件整體固定到焊接變位機(jī)上進(jìn)行堆帶極焊。

（9）第三次無(wú)損檢測(cè)。對(duì)閥體上各種碳鋼筋板相關(guān)焊縫進(jìn)行100%MT檢測(cè)。

（10）將閥體焊接件裝入熱處理爐中進(jìn)行整體去應(yīng)力熱處理。熱處理溫度600 ℃～640 ℃，保溫時(shí)間2.5～3.0 h，隨爐冷卻至250 ℃出爐空冷。

（11）第四次無(wú)損檢測(cè)。對(duì)閥體上的所有焊縫進(jìn)行UT+MT復(fù)查。

（12）轉(zhuǎn)表面處理。對(duì)閥體焊接件進(jìn)行噴丸處理，然后噴涂底漆。

3.2 閥體機(jī)械加工

（1）鉗。注意偏心，兼顧軸孔。根據(jù)法蘭厚度確定軸孔中心線(xiàn)、加工線(xiàn)，檢查毛坯尺寸。

（2）車(chē)。在數(shù)控立車(chē)上加工，車(chē)一序二序，車(chē)法蘭平面，粗車(chē)精車(chē)密封面。通過(guò)數(shù)控立車(chē)對(duì)閥體的上下法蘭面及內(nèi)孔上的密封面進(jìn)行粗精加工，并對(duì)密封面進(jìn)行PT滲透檢測(cè)，然后通過(guò)專(zhuān)用拋光裝置進(jìn)行拋光，保證表面粗糙度達(dá)到0.4 μm，保證尺寸精度及表面粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）檢。進(jìn)行密封面PT滲透無(wú)損檢測(cè)。

（4）鏜。在數(shù)控落地鏜床上粗鏜、精鏜軸孔，用激光跟蹤儀檢查軸孔同軸度，鏜軸孔端面，銑站腳平面，站腳孔，軸端連接孔等。

（5）鉆。通過(guò)已加工平面及軸孔兼顧筋板確定法蘭孔等連接孔位置線(xiàn)，鉆、擴(kuò)各連接孔。

（6）表處理。打磨，清洗，涂漆，入庫(kù)。

3.3 閥軸制作

（1）粗加工閥軸，對(duì)閥軸進(jìn)行熱處理、粗加工，相關(guān)性能檢測(cè)及無(wú)損檢測(cè)在外購(gòu)鍛造廠(chǎng)家完成。

（2）在車(chē)床上精加工，并進(jìn)行100%PT滲透檢測(cè)。

4 駐廠(chǎng)監(jiān)理質(zhì)量控制

為確保設(shè)備生產(chǎn)、制造質(zhì)量，鄂北工程通過(guò)公開(kāi)招標(biāo)方式，擇優(yōu)選取監(jiān)理單位，監(jiān)理單位派人全程駐廠(chǎng)實(shí)施監(jiān)造，確保設(shè)備質(zhì)量。

（1）制造前質(zhì)量控制。對(duì)設(shè)備制造單位報(bào)送的開(kāi)工申請(qǐng)進(jìn)行審查，審批工藝文件，檢測(cè)投入設(shè)備的生產(chǎn)能力。對(duì)試驗(yàn)室資質(zhì)、人員、設(shè)備以及外協(xié)單位的資質(zhì)和生產(chǎn)能力嚴(yán)格把關(guān)，并由總監(jiān)簽發(fā)開(kāi)工通知。

（2）原材料質(zhì)量控制。核查設(shè)備制造單位報(bào)送的進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)單，原材料進(jìn)場(chǎng)必須具有出廠(chǎng)合格證、生產(chǎn)許可證、質(zhì)量保證書(shū)和使用說(shuō)明。見(jiàn)證抽樣，送往具有資質(zhì)的檢驗(yàn)或試驗(yàn)部門(mén)復(fù)檢，復(fù)檢合格后方可用于生產(chǎn)[3-4]。

（3）外協(xié)件、外購(gòu)件質(zhì)量控制。駐廠(chǎng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)查驗(yàn)外協(xié)件、外購(gòu)件的材質(zhì)、型號(hào)和規(guī)格是否符合圖紙及合同要求，檢查外觀(guān)是否完好無(wú)缺損。參數(shù)、尺寸應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)及出廠(chǎng)日期應(yīng)距進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)時(shí)間較近。外協(xié)件、外購(gòu)件進(jìn)場(chǎng)必須有出廠(chǎng)合格證、生產(chǎn)許可證、質(zhì)量保證書(shū)和使用說(shuō)明。檢驗(yàn)合格后方可用于生產(chǎn)。

（4）零部件制造過(guò)程質(zhì)量控制。在零部件加工過(guò)程中，駐廠(chǎng)監(jiān)理進(jìn)行巡視監(jiān)理。對(duì)于關(guān)鍵工序或重要部件的加工，駐廠(chǎng)監(jiān)理進(jìn)行旁站監(jiān)理，確認(rèn)產(chǎn)品符合質(zhì)量要求[5]。重要部件或整體裝配前，駐廠(chǎng)監(jiān)理審查包括裝配工藝規(guī)程、試驗(yàn)規(guī)程以及裝配進(jìn)度等在內(nèi)的設(shè)備裝配方案，對(duì)重要部件或整體裝配進(jìn)行旁站監(jiān)理，做好記錄。

（5）防腐涂裝質(zhì)量控制。涂裝材料應(yīng)符合招標(biāo)文件要求。材料參數(shù)、質(zhì)量等符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或其他相應(yīng)涂裝標(biāo)準(zhǔn)，符合標(biāo)書(shū)、設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定。防腐涂裝前進(jìn)行拋丸處理，表面無(wú)銹漬、無(wú)污漬，且粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行涂裝，底漆、中間漆、面漆按照?qǐng)D紙和技術(shù)要求的厚度涂裝。其中，底漆應(yīng)具備良好的附著力和防銹性能，中間漆應(yīng)具有屏蔽性能且與底、面漆結(jié)合良好，面漆應(yīng)具有耐久性或耐水性[5]。涂膜固化后應(yīng)進(jìn)行外觀(guān)檢驗(yàn)，保證表面均勻一致，無(wú)流掛、皺紋、鼓泡、針孔、裂紋等缺陷。

（6）設(shè)備性能測(cè)試。①蝶閥密封試驗(yàn)，采用自來(lái)水作為試驗(yàn)介質(zhì)， 試驗(yàn)壓力為1.1倍閥門(mén)最大工作壓力，保壓120 s，查看軸頸處有無(wú)漏水，蝶閥工作密封應(yīng)無(wú)可見(jiàn)泄漏[6]。②閥體強(qiáng)度試驗(yàn)，采用自來(lái)水為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)壓力為1.5倍閥門(mén)最大工作壓力，保壓時(shí)間 300 s，受壓部件應(yīng)不產(chǎn)生有害的永久變形、結(jié)構(gòu)損傷及滲漏等異?，F(xiàn)象[6]。③旁通管路水壓試驗(yàn)，采用自來(lái)水為試驗(yàn)介質(zhì)，試驗(yàn)壓力采用1.5倍閥門(mén)最大工作壓力，保壓 120 s，受壓部件應(yīng)不產(chǎn)生有害的永久變形、結(jié)構(gòu)損傷等異?，F(xiàn)象，各連接面不允許滲漏。④進(jìn)行開(kāi)閥和關(guān)閥時(shí)間測(cè)試、角度測(cè)試，液壓系統(tǒng)性能試驗(yàn)，位置檢測(cè)系統(tǒng)性能檢測(cè)，液壓鎖定裝置投入和退出試驗(yàn)，蓄能器保壓試驗(yàn)，蝶閥空載試驗(yàn)，蝶閥手動(dòng)機(jī)械鎖定投入與解除動(dòng)作試驗(yàn)等。

承擔(dān)蝶閥生產(chǎn)制造的中標(biāo)企業(yè)，測(cè)試壓力可達(dá)30 MPa。利用可視監(jiān)控系統(tǒng)獲得泄漏量的測(cè)試數(shù)據(jù)以及閥門(mén)壓力逐步升高過(guò)程中承壓部件高應(yīng)力區(qū)的實(shí)際應(yīng)力變化值，通過(guò)與有限元分析理論值對(duì)比，可對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

5 項(xiàng)目法人質(zhì)量控制

為了確保蝶閥的生產(chǎn)質(zhì)量及交貨工期，項(xiàng)目法人通過(guò)招標(biāo)設(shè)計(jì)并公開(kāi)招標(biāo)優(yōu)選生產(chǎn)廠(chǎng)家。通過(guò)訂立合同，對(duì)設(shè)備型號(hào)及規(guī)格、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)要求、專(zhuān)用技術(shù)條款以及質(zhì)量保質(zhì)期限、缺陷和維修響應(yīng)、質(zhì)量索賠條款等進(jìn)行約定。通過(guò)召開(kāi)設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)，進(jìn)一步核實(shí)、確定設(shè)備數(shù)量、技術(shù)參數(shù)、尺寸和安裝位置。

在設(shè)備生產(chǎn)、制造過(guò)程中選派駐廠(chǎng)監(jiān)理，采取旁站、巡視、跟蹤檢測(cè)和平行檢測(cè)等方法全程監(jiān)督、檢查設(shè)備質(zhì)量。旁站監(jiān)理重點(diǎn)包括下料、組裝、焊接、機(jī)加工及噴鋅防腐。關(guān)鍵工序包括進(jìn)場(chǎng)原材料、鑄件檢測(cè)以及零部件、外購(gòu)件、外協(xié)件的檢驗(yàn)。

定期召開(kāi)駐廠(chǎng)監(jiān)造工作月例會(huì)，各駐廠(chǎng)監(jiān)理匯報(bào)近期工作進(jìn)展以及當(dāng)月設(shè)備質(zhì)量管控情況，工程技術(shù)部通報(bào)一段時(shí)間內(nèi)日常巡查、專(zhuān)項(xiàng)檢查，設(shè)備出廠(chǎng)驗(yàn)收和現(xiàn)場(chǎng)交貨驗(yàn)收、調(diào)試、試運(yùn)行以及初步驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，下發(fā)問(wèn)題清單，督促限期整改，并安排布置下步工作。

6 效果分析

鄂北工程16臺(tái)3.8 m液控蝶閥組裝完成后，在工廠(chǎng)內(nèi)進(jìn)行了焊縫、油漆厚度、表面附著力等外觀(guān)檢測(cè)，對(duì)蝶閥、接力器基礎(chǔ)尺寸和上、下游接口尺寸等安裝連接尺寸抽測(cè)，開(kāi)展了蝶閥密封、閥體強(qiáng)度和管路水壓等性能試驗(yàn)，開(kāi)閥、關(guān)閥時(shí)間和角度測(cè)試，液壓系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、鎖定投入和退出、蓄能保壓等試驗(yàn)以及整機(jī)預(yù)裝配、空載運(yùn)行試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2020年1月2日，3.8 m液控蝶閥經(jīng)過(guò)流量為10 m3/s的試通水檢驗(yàn)，設(shè)備承受壓力和密封性能良好。

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（編輯：李 慧）