南水北调长距离输水管道末端调流调压阀运行问题及对策

崔洪涛 李伟亭 张龙

（1.河南省水利科学研究院，河南 郑州 450000；2.河南科光工程建设监理有限公司，河南 郑州 450003）

1 工程概况

河南省南水北调配套工程线路总长1053.31 km，输水型式以管道输水为主，另有利用河道输水、渠道输水和涵洞输水，与河渠交叉采用倒虹吸套管、直接铺设管道，与铁路交叉采用顶管施工，与公路交叉采用顶管施工或明挖破路施工。有预应力钢筒混凝土管（PCCP）、球墨铸铁管（DIP）、钢管（SP）、预应力钢筋混凝土管（PCP）、玻璃钢夹砂管（GRP）等5种管材。自南到北，共设置了39条管道输水线路，83座末端水厂调流调压阀室。

河南省南水北调受水区供水配套工程调流调压阀一般设在输水线路末端，临近水厂，对管线的流量、压力进行实时调节，是重要的输水调节设备，对保障水厂供水安全有重大意义。运行基本要求是：运管单位要对调流调压阀重点管理，调节供水流量时，水厂应提出计划，按规定程序批准后，由南水北调工程运管单位通过调流调压阀调节流量，其关闭规律控制参数要符合要求，确保整改输水系统和受水水厂协调一致，维护全线路流量动态平衡，尽量减少弃水或停机。日常运管要求是：按规定要求做好调流调压阀操作、管养，及时记录流量、压力、开度，并按规定填写记录。

2 原理说明

调流调压阀主要由阀体、阀轴、伸缩桶（鼠笼）、曲柄连杆机构组成。另外配备槽孔进行流量调节。工作时驱动装置带动阀轴旋转，通过内部曲柄连接机构将驱动轴的旋转运动（从开启到关闭位置大约900°C）转化为伸缩桶的轴向位移，并开启关闭调节阀。为了便于伸缩，设有不锈钢导轨导向，伸缩筒的内部水压和外部水压自身平衡，伸缩桶只需要克服摩擦力，阀门操作轻便、稳定、可靠。

阀门开启时，上游截止沿环装流线型过流面引导，经伸缩桶环装节流横截面汇聚到管道轴心，在阀体内部形成轴向对称的环形流道，并有效地控制流通面积，形成从入口到出口截面为递减的流道，从而使流体的流速渐升，并通过圆周方向上的多孔，向管路中心方向形成射流对撞，从而达到消能减压、调节流量的目的。由于阀门的调节精度高，具有良好的动态防振性能，使得阀门在流速、压力变化较大情况下，能长期保持稳定的运行效果，可有效防止水锤效应的产生，保障供水安全。

3 运行存在的问题

3.1 调流阀出现卡阻现象，失去调流功能

①现阶段南水北调配套工程使用的多为活塞式调流调压阀，活塞连杆采用曲柄半轴连接，长期使用过程中会产生轴向力偏心现象，导致阻力加大，阀门闭合困难，从而发生卡阻现象，影响正常调流功能。②一般情况下，活塞导轨设计为不锈钢材料表面增加铜合金材料面层，止水环为不锈钢材料，以上2种材料的组合有利于阀门的启闭。但由于长期调整阀门，导轨不锈钢材料上敷设的铜合金面层可能受磨损脱落，导致止水环不锈钢踢与活塞不锈钢导轨直接受力摩擦，会造成摩擦系数增加，阻力加大，严重时会出现卡阻。③不锈钢止水环与塞体结合部上游端存在楔形空间，且顺水流方向，塑料袋等杂物易挂在止水环结合部的上游楔形空间内，当阀门关闭（活塞体顺水流方向运动）时，遇到结合部存在缝隙，杂物带进结合部，增大阻力，严重时引起活塞体卡阻。④部分水厂用水量较大，携带的杂物量相应也多，由于供水的高峰低估较为明显，加上无调节水池，这就需要频繁调整阀门开度，且开度调整范围较大，在20%～80%之间浮动，也在一定程度下增加杂物堵塞的概率。⑤设备制造精度对运行导轨、设备的密封性能也有一定的影响，也会导致卡阻的发生。

3.2 调度管理责任划分不清，操作流程不明确，设施不完善

①阀门调整期间未执行《河南省南水北调受水区供水配套工程重力流输水线路》规定的调度指令和操作票制度以及相关运行标准、规程规范、规章制度等。操作中导致调流调压阀开启关闭不符合流量开度曲线规律，不满足设计过流能力范围内进行流量调节流量的要求。尤其是短时间大幅度调节流量，不仅加剧设备的磨损，而且可能造成“水锤”现象，影响调流调压阀及上游供水管道安全。②供水流量调整不报批，野蛮操作，与水厂连接的阀门全开，因该阀门由水厂管理人员调节，导致供水线路首端进水池水位低于最低控制水位，甚至半管进气供水运行，尤其是长距离、多支线的供水线路更应重点关注。③现阶段配套工程供水前池设置拦污栅，但未安装自动打捞系统，由人工进行打捞。由于人工打捞仅局限于水体表面漂浮物，很难发现水位深处的杂物，部分杂物通过拦污栅下部进入管道，在管道中由水流带入调流调压阀，造成阀门的卡阻，启闭不灵活。

4 对策和建议

4.1 优化调流调压阀体结构设计、加强检测，减少故障发生

①根据运行中阀体结构存在的问题对其进行合理性进行评价，进一步优化阀体结构，建议活塞连杆采用曲柄双轴连接，保持活塞运动受力平衡，减少偏心受力影响启闭。②运行一定周期后，对活塞和导轨的材料进行检测，对导轨和活塞的磨损痕迹进行检测，对活塞和止水环的结合部缝隙进行检测，对设备的起闭电机配置是否合理进行分析，发现问题督促厂家进行处理，确保设备处于良好的使用状态。③运管单位组织设计单位进行论证，有条件的情况下增加旁通管道，采用“一用一备”的方式运行，在调流调压阀维修期间不影响供水。④对阀体增加检修人孔，便于及时清理阀体内的杂物。

4.2 加强操作管理，提升运行效率

由于南水北调配套工程，属于新事物，专业性强，现阶段管理经验薄弱机制体制有待进一步创新；运行管理制度、规程有待进一步完善等。

①配套工程输水线路供水时，要严格执行下达的计划供水流量计其流量开度曲线开启调流调压阀。②调流调压阀要根据其设计过流能力范围进行供水量调节。其开度调节要平缓，避免短时间内阀门大幅度开启或关闭，避免管道“水锤”现象的发生。③调流调压阀要定期切换，轮换间隔时间宜为20d，切换时要按照：“边切边关”的原则进行。④调流调压阀在检修或者首次运行前，要利用其前侧检修阀的旁通先进行充水，将其出水管充满后，方可打开调流阀根据设定流量进行充水。⑤正常运行情况下，末端调流阀其控制方式应设置为“远方”。⑥为了避免由于操作错误而发生人身或者设备事故，调流阀开启关闭及调节要执行操作票制度，具体做到操作前认真核对设备的名称、位置和编号，由发令人发出操作任务指令，操作人在执行中应复述指令，按照顺序进行操作，每操作完1项，及时做好标记，操作完成后由监护人进行复查。

4.3 加强进水前池打捞，源头上保障供水安全

①由于部分末端水厂不具备局部双管线可以实现不停水维修的条件，所以应努力降低调流阀故障的发生，管道进口实施有效拦污清污非常必要，建议增加自动拦污装置，实现杂物的自动拦截和清理，其目的在于改善人工打捞不及时，清理不干净的状况，在水情复杂恶劣条件下也能够保证打捞的效果。②现阶段增加管道首端进水前池的管理，明确打捞人员的岗位职责，打捞频次，增加人员的安全防护装置，确保打捞人员人身安全。同时加强对前池的巡视巡查，发现杂物及时打捞，尽量减少杂物通过前池进入管道。③将雨水管进行改造，杜绝雨水夹带杂物进入前池。做好打捞的各种记录，使打捞工作具有可追溯性。

5 结论

通过对调流调压阀阀体构造及现阶段配套工程调度管理的现阶段存在的问题进行详细分析，并提出了针对性的对策和建议，能够保障长距离输水管线末端水厂调流调压阀的平稳运行，保障南水北调配套工程的供水安全。