浅谈泵组设备电动检修蝶阀是否还应该保留

许永春

（东莞市江库联江联网工程中心，广东 东莞 523000）

1 雷击对泵组造成的损失

源水泵站共安装5台立式混流泵，运行方式4用1备。泵站最大水流量为30m3/s，单泵流量7.5m3/s，总装机容量13315kW，单机功率为2600kW。调压塔最高设计水位24m，前池通过箱涵连接东江，每日潮汐落差1.5m左右。泵组出水口分别安装液控止回蝶阀和电动检修蝶阀，液控止回蝶阀关阀时间：12s左右。电动检修蝶阀关阀时间230s左右。

泵站已经连续运行36h，天气突然变化雷鸣闪电，10kV高压跳闸，液控止回蝶阀动力配电箱损坏。泵站事故停机，其中一号机组液控止回蝶阀，因故障不能自动关阀，电动检修蝶阀因为自身设计上局限性，也不能及时关闭泵组出水口通道。泵站立即启动应急预案，手动关电动检修蝶阀需要20min左右，启动泵站柴油机发电需要12min左右。调压塔内的水快速倒流，产生水锤效应损坏泵组设备。

因雷击停电对泵组所造成的损失如下。

（1）水泵联轴器及联轴节受损，电机轴与水泵轴同心度参数偏大，造成水泵叶轮碰撞，耐磨环损伤。建议立式混流泵大修。

（2）电机和水泵机座固定件损坏，水泵及电机振动加大。电机和水泵机座检修。

（3）水泵长时间反转，水泵上导轴承缺少润滑水而损坏。立式混流泵大修，建议更换上导碳纤维合成轴承。

（4）水泵快速反转，容易造成水泵高频变压器故障。建议高压变频器检测维护。

根据泵站设计规范总则1.0.1条。将从泵站工程技术先进性、安全可靠性、经济合理性和运行管理方便性等多方面，论证泵组设备电动检修阀是否还应该保留。

2 泵站工程技术先进性

17世纪中期，瑞士数学家、物理学家欧拉提出了叶轮式水力机械的基本方程式，从此奠定了离心泵设计的理论基础。随着社会对水泵流量要求提高，一种新型水泵混流泵开发出来，其工作原理是在离心泵理论基础上设计的一种新型泵。19世纪末，高速电机的发明使离心泵获得理想动力源，水泵其性能范围和使用领域也日益扩大。随即而来的电动蝶阀与水泵配套设计，电动蝶阀需求量增加。早期电动蝶阀与离心泵配套设计，其主要目的是保障离心泵开机时能安全运行。后来随着科学技术的发展，供水需求量增大，大流量高扬程新型水泵出现。液控止回蝶阀功能参数的优秀，和对泵站运行安全性，与泵组配套设计，液控止回蝶阀慢慢取代了电动蝶阀。

3 泵站安全可靠性

3.1 电动检俢碟阀

与泵组配套设计的电动蝶阀，选用双向电动蝶阀，在国内有少数泵站存在阀门选型错误。泵站常用的阀卧式电动蝶板采用三偏心设计，旋转90°即可快速启闭。阀门启闭的速度不可调节，相对而言，阀门直径越大启闭速度越慢。例如直径2000mm左右的电动蝶阀，开阀时间：180～300s左右，关阀时间：100～200s左右，不同型号阀门启闭时间有区别。由此可见，电动检俢蝶阀关阀时间过长，不适应高水位泵站配套设计。

3.2 液控止回蝶阀

与立式混流泵配套液控止回蝶阀，具有自动保压蓄能、远程液控、缓闭止回功能。阀门安装在水泵出水口，DCS微机管理。常用的液控止回蝶阀蓄能方式有：重锤蓄能，氮气罐蓄能。

重锤蓄能阀：液控止回蝶阀需要长期支撑重锤损耗能量，并且存在重锤起落时安全隐患。因此不适应高水位泵站配套设计。

氮气罐蓄能阀：大型止回蝶阀采用双氮气罐蓄能方式，当泵组因停电故障高水位停机时，靠双罐蓄存的能量自动关闭蝶阀，从而避免泵组因故障停机时所产生的水锤效应，电动检修蝶阀没有这个功能。

液压止回蝶阀采用三偏心设计，旋转90°即可快速启闭。阀门启闭的速度可调节，以直径2000mm左右的液压止回蝶阀为例，开阀时间：15～30s，关阀时间：5～12s。液控止回蝶阀关阀时间短，适应用于高水位泵站设计。

从泵站安全可靠性设计分析，液控止回蝶阀具有保压、蓄能、自动关阀功能，并且关阀时间短，能满足高水位泵站设计要求。

4 泵站经济合理性

建设泵站目的是为了促进当地经济发展，提高人民生活水平。泵站机电工程投资占泵站总造价40%～60%。合理的设备配套选型，有利于泵站长时间安全高效运行，设计院提供的泵站配套设备的技术规范书，需要进行经济合理性评估。对于运行多年的泵站需要加大对设备安全投入，安全生产法第十八条，生产经营单位应当具备的安全生产条件所必需的安全资金投入，应急液控止回蝶阀是泵组系统中用于安全防护的设备。

从泵站设计分析，液控止回蝶阀前期投入是电动蝶阀3倍左右，但是，后期运行管理和维护，液控止回蝶阀优于电动蝶阀。例如，电动蝶阀机械故障率高于液控止回蝶阀，运行维护成本随着使用年限上升。

5 泵站运行管理方便性

大型泵站在运行过程中，最大设备故障是突发性停电，泵组液控止回蝶阀(工作阀)未及时关闭，而电动检修蝶阀因自身设计上的原因，也不能及时关闭，从而造成泵组反转设备损坏。为了防止这类事故发生，泵站除了设备运行巡查人员24h巡查外，还需要安排应急处理人员24h坚守水泵层，防止泵组高水位事故停机。

将电动检修蝶阀改换为应急液控止回蝶阀，这样双止回蝶阀处于待机状态。工作液控止回蝶阀安装水泵排水口方向，负责泵组运行开机、关机工作。应急液控止回蝶阀安装在工作液控止回蝶阀后面，因工作蝶阀事故而负责应急处理工作。当泵组液控止回蝶阀(工作阀)未及时关闭时，设定三秒后应急液控止回蝶阀自动关闭泵组排水通道，这样防止事故进一步扩散，确保泵站安全运行。应急管理人员不再需要24小时坚守水泵层，“守株待兔”等待事故出现。

6 电动检修蝶阀更换为应急液控止回蝶阀理论依据

根据《生产安全事故应急预案管理办法》第十条：对于危险性较大的工作岗位，生产经营单位应当制定重点工作岗位的现场处置方案。现场处置方案应当包括危险性分析、可能发生的事故特征、应急处置程序、应急处置要点和注意事项等内容。

电动检修蝶阀安装在泵组液控止回蝶阀(工作阀)后面，为泵组检修服务，因此取名为电动检修蝶阀。由于电动检修蝶本身设计上的局限性，电动蝶阀与液控止回蝶阀比较可知，电动蝶阀机械故障率高，启闭速度偏慢。而液控止回蝶阀具有自动稳压、蓄能功能，在泵组事故停电状况下能自动快速关闭蝶阀。把电动检修蝶阀更换为液控止回蝶阀，不但具备电动检修蝶阀的检修断流功能，在泵组微电脑配合下，而且还具有泵组事故应急处置快速关断功能。因此，把安装在泵组液控止回蝶阀(工作蝶阀)后面，为泵组检修、应急服务的液控止回蝶阀，取名为应急液控止回蝶阀(应急蝶阀)。

为了确保大型泵站安全生产运行，需要对危险性较大的工作岗位，制定重点工作岗位的现场处置方案。高水位泵站事故停机，水泵层的泵组设备成为危险性较大的工作岗位。如果泵组液控止回蝶阀(工作蝶阀)，在事故中不及时关闭，水泵快速反转，危害泵站设备及工作人员安全。在制定重点工作岗位的现场处置方案中，除了加强对设备定期维护和不间断巡查外，还需要加大对泵站设备的安全投入，提高泵组系统本质安全。更换电动检修蝶阀，安装应急液控止回蝶阀(应急蝶阀)，在泵组微电脑配合下，自动关闭蝶阀完成应急任务。

7 应急液控止回蝶阀安装要求

7.1 阀门技术规范书

泵站向水利水电设计院申请泵组配套设备技术服务，设计院提供与泵组配套液控止回蝶阀(应急阀)技术规范书。技术规范书对液控止回蝶阀(应急阀)：公称压力、公称通径、启闭时间、工作电源、工作环境、系统控制等方面进行技术分析和规范。根据液控止回蝶阀(应急阀)技术规范书，阀门厂商提供配套阀门，安装方提供阀门安装调试方案。

液控止回蝶阀主要技术要求：

（1）液控止回蝶阀具有切断和止回两种功能，关闭时分快慢两个阶段，启闭时间范围和角行程范围可调整。

（2）液控止回蝶阀启闭状态，现场有显示、远程有监控。

（3）液控止回蝶阀自动稳压、蓄能。因故障无动力电源时，液控止回蝶阀靠自身蓄能快速关断。

由式(7)和(8)可知点(0，0)，(1，0)，(0，1)和点 (1，1)是均衡点。令 p'=可知，当满足时，点(p'，q')也是均衡点。

（4）液控止回蝶阀液压系统稳定，系统的最高压力在关闭油泵后的50h内，下降数值不能大于2MPa。

（5）液压缸应装有刮垢器，活塞杆密封圈及活塞环应采用丁腈橡胶等耐油材料。

（6）液控止回蝶阀试验后，蝶板应开启4～5度。

（7）液控止回蝶阀动力电源与备用电源独立供电。阀门控制系统采用现场总线技术，智能控制远程监控。

（8）液控止回蝶阀工作环境大多数在地下层，因此对环境温度和湿度有特殊要求，技术规范书中有明确的参数规定。

7.2 液控止回蝶阀主要技术参数

（2）公称通径：200～3000mm，（3）开阀时间：(公称通径1000～3000mm)25～120s，（4）关阀时间：(公称通径1000～3000mm)快关3～30s、慢关4～60s。

7.3 阀门安装与泵组联合调试方案

施工方根据液控止回蝶阀(应急阀)技术规范书，提供阀门安装和泵组联合调试方案，根据方案进行安装和调试。

（1）应急液控止回蝶阀(应急阀)，安装在泵组出水口方向液控止回蝶阀(工作阀)后面。

（2）为了确保泵站运行安全，泵站高压采用双电源供电。应急液控止回蝶阀(应急阀)和工作液控止回蝶阀(工作阀）使用同一组动力电源，但是，两液控止回蝶阀备用电源必须各自独立供电。

（3）工作液控止回蝶阀(工作阀)负责泵组运行时启闭工作，应急液控止回蝶阀(应急阀)负责泵组事故应急关闭任务。

（4）所有设备要与接地网可靠连接，接地电阻不大于4欧姆。动力配电箱有防雷电保护装置。

（5）泵组联合调试以模拟调试为主，模拟调试无误后，再启动泵组运行调试。

本文从阀门工作特性，高水位泵站设计要求和安全生产应急法规等多方面，讲述泵组电动检修蝶阀是否还应该保留的观点，论证应急液控止回蝶阀替代电动检修蝶阀可行性，为大流量高水位泵站设计、改造提供参考。