水务一线 | 全通径偏心半球阀能给水厂运行带来什么？
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《全通径偏心半球阀在给水厂的应用及成效》发表于《净水技术》2022年第2期。本文介绍了某水厂通过更换全通径偏心半球阀，实现了生产安全系数的提高，并降低了水头损失，达到了节能的目的。水厂运营的核心，在于安全、达标和节能。本文介绍的经验具有一定的亮点，同时具备可借鉴价值，可以对同行水厂运行水平的提升带来参考。
现多功能水泵控制阀及液控双速闸阀在给水厂送水泵房应用较多。但这两种阀门在使用中均存在明显不足：多功能水泵控制阀虽然闭阀启泵、停泵止回的功能稳定，阀门运行简单便捷，但由于结构原因，多功能水泵控制阀的水头损失大，造成水泵机组能耗增加，且阀腔内膜片老化后，也对缓闭功能造成影响；液控双速闸阀虽然水头损失小，防水锤功能稳定，但其组成部件较多，各部件均易出现故障情况，如液压缸密封损坏、阀座密封圈损坏、电磁换向阀故障等，阀门整体维护工作量较大。全通径偏心半球阀的偏心球阀结构以及智能液控驱动系统，能确保其运行安全、经济、可靠、智能，使其用作止回阀时有效保障水泵机组及管路安全，但目前国内对全通径偏心半球阀在给水厂中应用的研究较少。
全通径偏心半球阀的优势
某水厂送水泵房水泵机组所使用止回阀为多功能水泵控制阀，使用至今，该多功能水泵控制阀控制腔内膜片压板受损，在停泵时，膜片上下两腔连通，不能起到缓慢关闭阀板的作用，致使水锤现象发生，且该水泵控制阀依靠水压开启，水损较大，造成水泵电机能耗的额外消耗。
对比多功能水泵控制阀与液控双速闸阀，全通径偏心半球阀更能确保送水泵房机组及管路安全。全通径偏心半球阀由阀体及液控驱动系统两部分组成。通过设置液控驱动系统动作模式，可分快速和慢速两阶段启闭阀门，实现阀门缓闭、止回等多种功能，增强防水锤功能稳定性，确保水泵及管路安全运行。阀体的偏心、双密封、双向浮动阀座设置，确保阀门稳定关闭，能提升密封可靠性，延长阀门使用寿命。阀门全开时，阀体流道与管道完全对齐，阀门水损极小，水泵机组额外消耗能量大幅降低。液控系统具备阀门状态监控、异常事件报警等多项功能，阀门运行更加智能。
>>>>1、水泵管路更安全
全通径偏心半球阀配备液控驱动装置控制系统，能与泵站中控系统通信，实现阀门与水泵机组的联动。液控驱动装置控制系统能实现断电自动关阀，阀门立即快关至80%，然后缓慢关闭剩余20%，既可迅速截断水流防止水泵倒转，又不会产生关阀水锤，确保水泵机组和管道安全。同时油路状态和阀门速度，均可反馈至PLC，以实现阀门高精度启闭控制。针对该水厂每天高低峰供水时段，频繁的水泵启停操作，有效加强了泵房水泵机组与管路的安全。
全通径偏心半球阀在阀轴的回转中心与球体密封面中心设置有偏心距，依靠偏心结构设计，在阀门关闭时，管道中的水压可使球冠紧紧地压在阀座上，水压越大，密封效果也越好，阀门具有良好的自密封性，保障阀门关闭时水泵机组安全性。
>>>>2、运行更经济
由于全通径偏心半球阀的偏心结构设计，使得阀门在全开时，球冠和阀座均隐藏在高速水流区域之外，阀体流道与管道完全对齐，不仅对流道无阻挡，而且也无流道缩小/扩大/弯曲情况，阀门水损极小。
>>>>3、使用更可靠
全通径偏心半球阀软硬双密封结构使得密封副不易老化、不易磨损。球冠处的刀口设计，可使阀门在关闭过程中切断杂物，确保阀门稳定关闭，提升密封可靠性。全通径偏心半球阀的偏心结构设计，使半球阀在启闭过程对阀座具有快速脱离和渐入挤压的作用，在阀门开启时，球体转过约3～5°，球冠就会与阀座脱离；在阀门关闭时，球冠只有在最后阶段，才与阀座接触，降低了阀座与球冠之间的磨损，延长半球阀使用寿命。
全通径偏心半球阀阀座前后均设有弹簧，能够确保球冠与阀座之间始终形成合理的密封压力。双向浮动阀座的设置，使得阀座具备自动补偿功能，即使密封面经过长时间使用产生一定的磨损，也能自动补偿，避免了更换阀座，从而有效提高了阀门的使用寿命，减少了阀门维护工作量，延长了阀门检修周期。在阀门开启时，双向浮动阀座的设置能够降低阀门的开启力矩，相较固定阀座结构能够将阀门的整体开关力矩下降10%～15%，使得阀门启闭更加便捷。
>>>>4、运行更智能
液控驱动装置控制系统可对液压站、阀门、锂电池、电气系统进行监控，监控状态更加全面，出现油压过低、油位过低、阀门故障、电源消失等故障情况时，能发出故障信号至用户。出现如阀位漂移、油泵过热等常见故障时可自动尝试修复。
全通径偏心半球阀的应用效果
某水厂在送水泵房的机组改造中应用全通径偏心半球阀，对应用效果进行了跟踪评估。
>>>>1、压力对比
水厂在水泵机组流量均为2300m³/h时，对机组改造前多功能水泵控制阀、改造后全通径偏心半球阀的阀门前后水压进行测量，原多功能水泵控制阀阀后压力为0.2656MPa时，阀前压力为0.2819MPa，水头损失约为1.63m，更换液控止回全通径偏心半球阀后，阀后压力为0.2682MPa时，阀前压力为0.2697MPa，水头损失约为0.15m。在阀后压力相近条件下，安装液控止回全通径偏心半球阀可使阀前压力降低4.33%，水头损失降低90.8%。
根据全通径偏心半球阀结构及阀门启闭方式可知，可实现阀门水头损失大幅降低的原因有两点，一是液控系统能主动驱动阀门开启，避免由水压开启阀门造成的水头损失；二是在阀门在全开时，球冠和阀座均隐藏在高速水流区域之外，阀体流道与管道完全对齐，能最大程度的减少水头损失和球体磨损。
>>>>2、能耗对比
为进一步考察水损对运行能耗的影响，以及进行全通径偏心半球阀投资改造回报周期，水厂对全通径偏心半球阀及多功能水泵控制阀能耗进行了对比。多功能水泵控制阀24小时水泵机组额外消耗能耗∆W多=344.5kW·h/天，全通径偏心半球阀24小时水泵机组额外消耗能耗 ∆W多=31.7kW·h/天，单位泵机组全年预计节约电费8.79万元，预计四年即可收回全通径偏心半球阀改造投资。
>>>>3、维护工作量对比
该水厂在实施偏心半球阀改造后，至今已使用近两年，使用过程中，未出现故障及维修情况。而另一座使用液控双速闸阀的水厂，1-4号水泵机组双速闸阀均为2012年安装，从安装后的第三年开始，几乎每年都会对厂内液控双速闸阀进行大修。
导致液控双速闸阀出现高维修情况的原因，可能为使用年限较长阀门各部件老化，但其阀门本身由于组成部件较多，也造成其所需维护工作量大：双速闸阀阀体启闭行程偏长，液压缸内活塞密封件容易出现密封不良的问题，造成液压缸内上腔和下腔都会存在有驱动介质，最终导致阀门无法关严出现漏水的情况、阀门开启也无法开到最大限位，需对液压缸内活塞进行更换；阀体底部凹槽与闸板限位，在长时间震荡后，会发生位移，情况严重时需对阀板进行更换；阀体底部凹槽易累积颗粒物加速密封副磨损，电磁换向阀故障频率高等问题，均增加阀门维护工作量。
对比液控双速闸阀维修情况可知，全通径偏心半球阀基于偏心结构、软硬双密封、双向浮动阀座和智能化液控驱动等结构优势，使其在使用过程中维护工作量极少，相较于液控双速闸阀应用于泵后止回时更安全、更可靠。
应用结论
虽然全通径偏心半球阀应用于水厂送水泵房时存在造价高、占地大等不足，但针对送水泵房现普遍采用止回阀存在结构与实际运行中的问题，结合全通径偏心半球阀水损小，密封性能好，防水锤功能稳定等优势，其应用于送水泵房送水泵机组仍具有较好的实践效果，具体如下：
（1）送水泵房泵机组止回阀需具备快开、缓闭功能，阀门整体运行情况需安全、经济、可靠、智能，以有效保护管道及水泵安全。多功能水泵控制阀、液控双速闸阀因其启闭方式、结构组成等不足，在送水泵机组应用中存在诸多问题。
（2）相较多功能水泵控制阀与液控双速闸阀，全通径偏心半球阀基于其偏心结构、软硬双密封、双向浮动阀座和智能化液控驱动等结构优势，使得其在应用于泵后止回时具有水损小、磨损小、易操作、易维护等优势，阀门整体运行更加安全、经济、可靠、智能。
（3）送水泵机组使用全通径偏心半球阀后，可使阀前压力降低4.33%，水头损失降低90.8%，每天可减少水泵机组额外能耗312.8 kW·h/天，预计每年单台水泵机组节约电耗近8.79万元/组。
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来源：《全通径偏心半球阀在给水厂的应用及成效》（《净水技术》2022年第2期），原作者范漳，莫琼芬，陈虹，黄婷婷，陈海松
版权：本文经原作者授权，网络传播权归上海《净水技术》杂志社所有
编辑：阮辰旼
排版：马骏驰
校对：万梓薇
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