南水北調(diào)長距離輸水管道末端調(diào)流調(diào)壓閥運行問題及對策

崔洪濤 李偉亭 張龍

（1.河南省水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450000；2.河南科光工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450003）

1 工程概況

河南省南水北調(diào)配套工程線路總長1053.31 km，輸水型式以管道輸水為主，另有利用河道輸水、渠道輸水和涵洞輸水，與河渠交叉采用倒虹吸套管、直接鋪設(shè)管道，與鐵路交叉采用頂管施工，與公路交叉采用頂管施工或明挖破路施工。有預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）、鋼管（SP）、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（PCP）、玻璃鋼夾砂管（GRP）等5種管材。自南到北，共設(shè)置了39條管道輸水線路，83座末端水廠調(diào)流調(diào)壓閥室。

河南省南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程調(diào)流調(diào)壓閥一般設(shè)在輸水線路末端，臨近水廠，對管線的流量、壓力進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，是重要的輸水調(diào)節(jié)設(shè)備，對保障水廠供水安全有重大意義。運行基本要求是：運管單位要對調(diào)流調(diào)壓閥重點管理，調(diào)節(jié)供水流量時，水廠應(yīng)提出計劃，按規(guī)定程序批準(zhǔn)后，由南水北調(diào)工程運管單位通過調(diào)流調(diào)壓閥調(diào)節(jié)流量，其關(guān)閉規(guī)律控制參數(shù)要符合要求，確保整改輸水系統(tǒng)和受水水廠協(xié)調(diào)一致，維護(hù)全線路流量動態(tài)平衡，盡量減少棄水或停機。日常運管要求是：按規(guī)定要求做好調(diào)流調(diào)壓閥操作、管養(yǎng)，及時記錄流量、壓力、開度，并按規(guī)定填寫記錄。

2 原理說明

調(diào)流調(diào)壓閥主要由閥體、閥軸、伸縮桶（鼠籠）、曲柄連桿機構(gòu)組成。另外配備槽孔進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。工作時驅(qū)動裝置帶動閥軸旋轉(zhuǎn)，通過內(nèi)部曲柄連接機構(gòu)將驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)運動（從開啟到關(guān)閉位置大約900°C）轉(zhuǎn)化為伸縮桶的軸向位移，并開啟關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。為了便于伸縮，設(shè)有不銹鋼導(dǎo)軌導(dǎo)向，伸縮筒的內(nèi)部水壓和外部水壓自身平衡，伸縮桶只需要克服摩擦力，閥門操作輕便、穩(wěn)定、可靠。

閥門開啟時，上游截止沿環(huán)裝流線型過流面引導(dǎo)，經(jīng)伸縮桶環(huán)裝節(jié)流橫截面匯聚到管道軸心，在閥體內(nèi)部形成軸向?qū)ΨQ的環(huán)形流道，并有效地控制流通面積，形成從入口到出口截面為遞減的流道，從而使流體的流速漸升，并通過圓周方向上的多孔，向管路中心方向形成射流對撞，從而達(dá)到消能減壓、調(diào)節(jié)流量的目的。由于閥門的調(diào)節(jié)精度高，具有良好的動態(tài)防振性能，使得閥門在流速、壓力變化較大情況下，能長期保持穩(wěn)定的運行效果，可有效防止水錘效應(yīng)的產(chǎn)生，保障供水安全。

3 運行存在的問題

3.1 調(diào)流閥出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，失去調(diào)流功能

①現(xiàn)階段南水北調(diào)配套工程使用的多為活塞式調(diào)流調(diào)壓閥，活塞連桿采用曲柄半軸連接，長期使用過程中會產(chǎn)生軸向力偏心現(xiàn)象，導(dǎo)致阻力加大，閥門閉合困難，從而發(fā)生卡阻現(xiàn)象，影響正常調(diào)流功能。②一般情況下，活塞導(dǎo)軌設(shè)計為不銹鋼材料表面增加銅合金材料面層，止水環(huán)為不銹鋼材料，以上2種材料的組合有利于閥門的啟閉。但由于長期調(diào)整閥門，導(dǎo)軌不銹鋼材料上敷設(shè)的銅合金面層可能受磨損脫落，導(dǎo)致止水環(huán)不銹鋼踢與活塞不銹鋼導(dǎo)軌直接受力摩擦，會造成摩擦系數(shù)增加，阻力加大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)卡阻。③不銹鋼止水環(huán)與塞體結(jié)合部上游端存在楔形空間，且順?biāo)鞣较?，塑料袋等雜物易掛在止水環(huán)結(jié)合部的上游楔形空間內(nèi)，當(dāng)閥門關(guān)閉（活塞體順?biāo)鞣较蜻\動）時，遇到結(jié)合部存在縫隙，雜物帶進(jìn)結(jié)合部，增大阻力，嚴(yán)重時引起活塞體卡阻。④部分水廠用水量較大，攜帶的雜物量相應(yīng)也多，由于供水的高峰低估較為明顯，加上無調(diào)節(jié)水池，這就需要頻繁調(diào)整閥門開度，且開度調(diào)整范圍較大，在20%～80%之間浮動，也在一定程度下增加雜物堵塞的概率。⑤設(shè)備制造精度對運行導(dǎo)軌、設(shè)備的密封性能也有一定的影響，也會導(dǎo)致卡阻的發(fā)生。

3.2 調(diào)度管理責(zé)任劃分不清，操作流程不明確，設(shè)施不完善

①閥門調(diào)整期間未執(zhí)行《河南省南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程重力流輸水線路》規(guī)定的調(diào)度指令和操作票制度以及相關(guān)運行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范、規(guī)章制度等。操作中導(dǎo)致調(diào)流調(diào)壓閥開啟關(guān)閉不符合流量開度曲線規(guī)律，不滿足設(shè)計過流能力范圍內(nèi)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)流量的要求。尤其是短時間大幅度調(diào)節(jié)流量，不僅加劇設(shè)備的磨損，而且可能造成“水錘”現(xiàn)象，影響調(diào)流調(diào)壓閥及上游供水管道安全。②供水流量調(diào)整不報批，野蠻操作，與水廠連接的閥門全開，因該閥門由水廠管理人員調(diào)節(jié)，導(dǎo)致供水線路首端進(jìn)水池水位低于最低控制水位，甚至半管進(jìn)氣供水運行，尤其是長距離、多支線的供水線路更應(yīng)重點關(guān)注。③現(xiàn)階段配套工程供水前池設(shè)置攔污柵，但未安裝自動打撈系統(tǒng)，由人工進(jìn)行打撈。由于人工打撈僅局限于水體表面漂浮物，很難發(fā)現(xiàn)水位深處的雜物，部分雜物通過攔污柵下部進(jìn)入管道，在管道中由水流帶入調(diào)流調(diào)壓閥，造成閥門的卡阻，啟閉不靈活。

4 對策和建議

4.1 優(yōu)化調(diào)流調(diào)壓閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計、加強檢測，減少故障發(fā)生

①根據(jù)運行中閥體結(jié)構(gòu)存在的問題對其進(jìn)行合理性進(jìn)行評價，進(jìn)一步優(yōu)化閥體結(jié)構(gòu)，建議活塞連桿采用曲柄雙軸連接，保持活塞運動受力平衡，減少偏心受力影響啟閉。②運行一定周期后，對活塞和導(dǎo)軌的材料進(jìn)行檢測，對導(dǎo)軌和活塞的磨損痕跡進(jìn)行檢測，對活塞和止水環(huán)的結(jié)合部縫隙進(jìn)行檢測，對設(shè)備的起閉電機配置是否合理進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題督促廠家進(jìn)行處理，確保設(shè)備處于良好的使用狀態(tài)。③運管單位組織設(shè)計單位進(jìn)行論證，有條件的情況下增加旁通管道，采用“一用一備”的方式運行，在調(diào)流調(diào)壓閥維修期間不影響供水。④對閥體增加檢修人孔，便于及時清理閥體內(nèi)的雜物。

4.2 加強操作管理，提升運行效率

由于南水北調(diào)配套工程，屬于新事物，專業(yè)性強，現(xiàn)階段管理經(jīng)驗薄弱機制體制有待進(jìn)一步創(chuàng)新；運行管理制度、規(guī)程有待進(jìn)一步完善等。

①配套工程輸水線路供水時，要嚴(yán)格執(zhí)行下達(dá)的計劃供水流量計其流量開度曲線開啟調(diào)流調(diào)壓閥。②調(diào)流調(diào)壓閥要根據(jù)其設(shè)計過流能力范圍進(jìn)行供水量調(diào)節(jié)。其開度調(diào)節(jié)要平緩，避免短時間內(nèi)閥門大幅度開啟或關(guān)閉，避免管道“水錘”現(xiàn)象的發(fā)生。③調(diào)流調(diào)壓閥要定期切換，輪換間隔時間宜為20d，切換時要按照：“邊切邊關(guān)”的原則進(jìn)行。④調(diào)流調(diào)壓閥在檢修或者首次運行前，要利用其前側(cè)檢修閥的旁通先進(jìn)行充水，將其出水管充滿后，方可打開調(diào)流閥根據(jù)設(shè)定流量進(jìn)行充水。⑤正常運行情況下，末端調(diào)流閥其控制方式應(yīng)設(shè)置為“遠(yuǎn)方”。⑥為了避免由于操作錯誤而發(fā)生人身或者設(shè)備事故，調(diào)流閥開啟關(guān)閉及調(diào)節(jié)要執(zhí)行操作票制度，具體做到操作前認(rèn)真核對設(shè)備的名稱、位置和編號，由發(fā)令人發(fā)出操作任務(wù)指令，操作人在執(zhí)行中應(yīng)復(fù)述指令，按照順序進(jìn)行操作，每操作完1項，及時做好標(biāo)記，操作完成后由監(jiān)護(hù)人進(jìn)行復(fù)查。

4.3 加強進(jìn)水前池打撈，源頭上保障供水安全

①由于部分末端水廠不具備局部雙管線可以實現(xiàn)不停水維修的條件，所以應(yīng)努力降低調(diào)流閥故障的發(fā)生，管道進(jìn)口實施有效攔污清污非常必要，建議增加自動攔污裝置，實現(xiàn)雜物的自動攔截和清理，其目的在于改善人工打撈不及時，清理不干凈的狀況，在水情復(fù)雜惡劣條件下也能夠保證打撈的效果。②現(xiàn)階段增加管道首端進(jìn)水前池的管理，明確打撈人員的崗位職責(zé)，打撈頻次，增加人員的安全防護(hù)裝置，確保打撈人員人身安全。同時加強對前池的巡視巡查，發(fā)現(xiàn)雜物及時打撈，盡量減少雜物通過前池進(jìn)入管道。③將雨水管進(jìn)行改造，杜絕雨水夾帶雜物進(jìn)入前池。做好打撈的各種記錄，使打撈工作具有可追溯性。

5 結(jié)論

通過對調(diào)流調(diào)壓閥閥體構(gòu)造及現(xiàn)階段配套工程調(diào)度管理的現(xiàn)階段存在的問題進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出了針對性的對策和建議，能夠保障長距離輸水管線末端水廠調(diào)流調(diào)壓閥的平穩(wěn)運行，保障南水北調(diào)配套工程的供水安全。