水电厂闸阀通孔原因分析与防范

熊金华

摘 要：针对某水电厂使用的闸阀出现通孔现象采取磁粉检测、超声波厚度扫描等检测方法收集整理数据，通过作图分析找到了闸阀通孔的原因，对已通孔的阀门解体检查验证了分析的正确性，为了提高阀门运行的安全性，分别从设计、安装、运行维护等方面深入分析，提出了防止水力发电厂闸阀通孔及损坏的措施，给出了阀门在工作过程中的运行维护建议。

关键词：水电厂；闸阀；通孔；运行维护

1 概述

闸阀以其简单的结构、良好的密封性能、耐磨损、使用寿命长等优点越来越广泛地应用于水电厂辅机系统中，有效实现了对介质的通断控制，为水电厂发电系统的稳定与控制发挥了重要的作用。然而，在使用过程中由于阀门参与控制的介质种类、承压能力选择不当，运行方式不合理等原因导致阀门壁厚逐渐减薄甚至通孔损坏，由此对水力发电厂构成了严重的安全隐患，增加了检修几率和检修成本。经多年的分析和摸索发现：根据阀门内流通介质及压力配套关系，选择合理的阀门铸造材料、合理的承压能力，安排合理的运行方式可大大减少阀门的故障率，提高安全性，有效节省运行维护成本。

2 闸阀通孔原因的分析

某水电厂自2007年7月投产，技术供水系统阀门采用球墨铸铁闸阀，最大水头117m、额定水头102m、最小水头75m，河流中悬移质含沙量2.11kg/m3，在运行过程中相继发现多个闸阀通孔现象，严重威胁着机组的安全稳定运行。为找出通孔原因技术人员对阀门进行分析，外观检查阀体表面防腐良好，除去表面防腐层并清洗后进行磁粉检查，未发现阀体裂纹，对阀体进行超声波厚度扫描，发现在闸板密封面与阀体接触面右后方的阀体部位出现冲刷现象，大小约25×25mm，深度达25mm，为进一步掌握确切数据，技术人员又选40×50mm范围进行超声波厚度扫描，分别沿X和Y方向每隔10mm记录一个数据，如I区厚度表1，通过表1进行分析，发现漏点周围厚度从3.5-9.8mm不等，存在不同程度的减薄，减薄现象存在不均匀性，由此可近似做出图1 I区内表面近似形貌图，从图1中可以看出漏点周围内表面不是整体减薄，漏点附近减薄量最大，整体呈倒漏斗形，根据减薄的部位以及当时阀门运行工况和状态，初步怀疑由于阀门闸板长期处于半开位置，运行过程中水流在闸板处的状态发生改变，从而对阀芯后方阀壁造成气蚀和冲刷，最终导致阀壁厚减薄，为进一步证明这一结论，我们将表2中II区厚度转化为减薄量后进行绘图，如图2所示，可以看出II区内表面整体呈现出平缓状态，没有较大变化。结合表1、2和图2可以看出I区内表面减薄明显，但是漏点周围厚度未达到0，仍然留存3-4mm，可见阀体没有完全冲蚀通透。

通过上述数据分析，阀门通孔的原因是由于高压水流通过DN300的阀门内部流道时在闸板与阀体内闸板引导槽接触面上形成窄道，水流经窄道后再扩散向DN300的流道，由此在阀体内部闸板引导槽底部形成冲刷与气蚀，导致阀门体内壁气蚀减薄，减薄至一定程度后阀门暗存砂眼，造成漏水。从分析的数据看来阀门不存在裂纹，且阀门为局部缺陷，短期内不会对主设备造成威胁。经过一段时间运行后，机组迎来了检修期，技术人员对存在缺陷的阀门解体检查，发现阀门内部存在严重的冲刷、气蚀现象，并且与试验分析结果相吻合，由此进一步验证了分析结果的正确性。

3 闸阀通孔的防范措施

3.1 从设计与制造上把关

合理的设计事关阀门的寿命及运行过程中的安全性，在水力发电厂使用的阀门中应当从以下几个方面重点考虑。

（1）流道设计。合理的流道设计一方面可以减少介质损耗，另一方面可减少介质与阀体的摩擦。

（2）材质选择。水电厂控制系统中阀门主要的通流介质是油、水、气，各种介质中含有不同成份，在设计时有必要充分考虑阀门的材质，根据通流介质选择合适的铸造材质，保证阀门具备耐老化、耐磨损的性能。

（3）制造。在制造过程中毛坯铸件要求表面光洁，阀体组织致密，不得出现气孔、溶孔、裂纹、夹砂等缺陷，制造时需进行金相组织、机械性能、耐腐蚀性能和无损探伤等多种检验，止出现导致阀门渗漏的缺陷。

（4）防腐措施。水力发电厂厂房内湿度较大，容易引起金属部件的锈蚀，所以阀门在生产过程中的防腐程序不容忽视，阀门的内部、外部均有必要采取可靠的防腐，适当提高阀门寿命。

3.2 介质与压力选择

（1）介质选择。闸阀在水力发电厂中主要用于技术供水系统、低压供油管道系统，水中含沙量的、其它介质所含的酸碱成分将加剧阀门的损坏速度，所以在使用过程中务必根据流通介质选择合理的阀门材质。

（2）压力选择。压力作为选择阀门的一个关键指标，在采购前务必充分测算阀门所需要承受的压力等级，合理选择与工作压力相匹配的阀门既可提高安全系数又可以有效控制预算。

3.3 合理安装与调试

安装过程中的工艺流程至关重要，科学合理的安装与调试可有效防止闸阀受损，延长阀门寿命。

（1）管道安装后应彻底清洗，防止通入介质过程中管道内残留的焊渣、铁屑、焊条头等轧伤密封面，影响密封效果，同时可以避免阀门内壁受刮伤磨损。

（2）管道与阀体连接处必须保持平整，不得出现明显的凹凸过渡，否则在高速水流作用下易形成气蚀，随着运行时间的推移，阀体内壁逐渐气蚀变薄，最终造成通孔。

（3）安装时阀杆应尽可能垂直向上，否则会出现闸板卡住的现象。

（4）在电动闸阀安装调试过程中的操作应严格按照说明书进行，防止开启行程过大或保护力矩过高而拉断阀杆，损坏阀体压盖而造成泄漏。

（5）在安装调试过程中，阀盖处为填料密封的阀门，填料盖压紧应适当，过松将造成泄漏，过紧则增加阀门操作的阻力，过度拧紧有可能造成压盖T型螺栓断裂产生泄漏，遇压力高时可能造成事故。

3.4 合理的运行方式和维护是重要保证

（1）在运行过程中闸阀应当保持全关或全开状态，不允许作节流用，同时尽量控制水流的含沙量，减少闸板密封面磨损。

（2）闸阀由全关向开启方向操作时巨大的压差将对闸阀的密封面产生磨损、气蚀等作用，从而损坏阀门，因此在重要的高压大口径阀门前后应增加旁路装置以降低启闭压差。

（3）自紧密封设计的阀门在运行过程中因为长期承受波动压力冲击，阀盖容易下沉二引起泄漏，因此运行一段时间后应再紧固预紧螺栓，紧固的同时防止过度拧紧，否则容易造成压盖螺栓断裂引发事故。

（4）启闭力矩大于400N·m的阀门应采用增力机构设计，如齿轮机构、撞击手轮、带轴承的阀杆螺母等，这样容易关闭到位，有效防止闸板关闭不到位形成的高压细流水对阀体进行冲刷和气蚀。

4 结束语

水力发电厂所使用的闸阀要求特殊，其质量和结构直接影响着安全生产工作的开展，合理的阀门设计、可靠的制造质量、适当的选型、良好的运行方式、科学的点检定修是保证阀门安全和长寿的保证，在阀门的配置过程中应当从源头抓起，运行过程中安排合理的运行方式，在日常的巡检过程中及时发现阀门出现的异常并及时消除，确保阀门工作在最优的工作状态，如此方可达到其设计的最佳效果。

参考文献

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