許永春

（東莞市江庫(kù)聯(lián)江聯(lián)網(wǎng)工程中心，廣東 東莞 523000）

1 雷擊對(duì)泵組造成的損失

源水泵站共安裝5臺(tái)立式混流泵，運(yùn)行方式4用1備。泵站最大水流量為30m3/s，單泵流量7.5m3/s，總裝機(jī)容量13315kW，單機(jī)功率為2600kW。調(diào)壓塔最高設(shè)計(jì)水位24m，前池通過(guò)箱涵連接?xùn)|江，每日潮汐落差1.5m左右。泵組出水口分別安裝液控止回蝶閥和電動(dòng)檢修蝶閥，液控止回蝶閥關(guān)閥時(shí)間：12s左右。電動(dòng)檢修蝶閥關(guān)閥時(shí)間230s左右。

泵站已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行36h，天氣突然變化雷鳴閃電，10kV高壓跳閘，液控止回蝶閥動(dòng)力配電箱損壞。泵站事故停機(jī)，其中一號(hào)機(jī)組液控止回蝶閥，因故障不能自動(dòng)關(guān)閥，電動(dòng)檢修蝶閥因?yàn)樽陨碓O(shè)計(jì)上局限性，也不能及時(shí)關(guān)閉泵組出水口通道。泵站立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，手動(dòng)關(guān)電動(dòng)檢修蝶閥需要20min左右，啟動(dòng)泵站柴油機(jī)發(fā)電需要12min左右。調(diào)壓塔內(nèi)的水快速倒流，產(chǎn)生水錘效應(yīng)損壞泵組設(shè)備。

因雷擊停電對(duì)泵組所造成的損失如下。

（1）水泵聯(lián)軸器及聯(lián)軸節(jié)受損，電機(jī)軸與水泵軸同心度參數(shù)偏大，造成水泵葉輪碰撞，耐磨環(huán)損傷。建議立式混流泵大修。

（2）電機(jī)和水泵機(jī)座固定件損壞，水泵及電機(jī)振動(dòng)加大。電機(jī)和水泵機(jī)座檢修。

（3）水泵長(zhǎng)時(shí)間反轉(zhuǎn)，水泵上導(dǎo)軸承缺少潤(rùn)滑水而損壞。立式混流泵大修，建議更換上導(dǎo)碳纖維合成軸承。

（4）水泵快速反轉(zhuǎn)，容易造成水泵高頻變壓器故障。建議高壓變頻器檢測(cè)維護(hù)。

根據(jù)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范總則1.0.1條。將從泵站工程技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性和運(yùn)行管理方便性等多方面，論證泵組設(shè)備電動(dòng)檢修閥是否還應(yīng)該保留。

2 泵站工程技術(shù)先進(jìn)性

17世紀(jì)中期，瑞士數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家歐拉提出了葉輪式水力機(jī)械的基本方程式，從此奠定了離心泵設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。隨著社會(huì)對(duì)水泵流量要求提高，一種新型水泵混流泵開(kāi)發(fā)出來(lái)，其工作原理是在離心泵理論基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種新型泵。19世紀(jì)末，高速電機(jī)的發(fā)明使離心泵獲得理想動(dòng)力源，水泵其性能范圍和使用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大。隨即而來(lái)的電動(dòng)蝶閥與水泵配套設(shè)計(jì)，電動(dòng)蝶閥需求量增加。早期電動(dòng)蝶閥與離心泵配套設(shè)計(jì)，其主要目的是保障離心泵開(kāi)機(jī)時(shí)能安全運(yùn)行。后來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，供水需求量增大，大流量高揚(yáng)程新型水泵出現(xiàn)。液控止回蝶閥功能參數(shù)的優(yōu)秀，和對(duì)泵站運(yùn)行安全性，與泵組配套設(shè)計(jì)，液控止回蝶閥慢慢取代了電動(dòng)蝶閥。

3 泵站安全可靠性

3.1 電動(dòng)檢俢碟閥

與泵組配套設(shè)計(jì)的電動(dòng)蝶閥，選用雙向電動(dòng)蝶閥，在國(guó)內(nèi)有少數(shù)泵站存在閥門(mén)選型錯(cuò)誤。泵站常用的閥臥式電動(dòng)蝶板采用三偏心設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉。閥門(mén)啟閉的速度不可調(diào)節(jié)，相對(duì)而言，閥門(mén)直徑越大啟閉速度越慢。例如直徑2000mm左右的電動(dòng)蝶閥，開(kāi)閥時(shí)間：180～300s左右，關(guān)閥時(shí)間：100～200s左右，不同型號(hào)閥門(mén)啟閉時(shí)間有區(qū)別。由此可見(jiàn)，電動(dòng)檢俢蝶閥關(guān)閥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適應(yīng)高水位泵站配套設(shè)計(jì)。

3.2 液控止回蝶閥

與立式混流泵配套液控止回蝶閥，具有自動(dòng)保壓蓄能、遠(yuǎn)程液控、緩閉止回功能。閥門(mén)安裝在水泵出水口，DCS微機(jī)管理。常用的液控止回蝶閥蓄能方式有：重錘蓄能，氮?dú)夤扌钅堋?/p>

重錘蓄能閥：液控止回蝶閥需要長(zhǎng)期支撐重錘損耗能量，并且存在重錘起落時(shí)安全隱患。因此不適應(yīng)高水位泵站配套設(shè)計(jì)。

氮?dú)夤扌钅荛y：大型止回蝶閥采用雙氮?dú)夤扌钅芊绞?，?dāng)泵組因停電故障高水位停機(jī)時(shí)，靠雙罐蓄存的能量自動(dòng)關(guān)閉蝶閥，從而避免泵組因故障停機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的水錘效應(yīng)，電動(dòng)檢修蝶閥沒(méi)有這個(gè)功能。

液壓止回蝶閥采用三偏心設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)90°即可快速啟閉。閥門(mén)啟閉的速度可調(diào)節(jié)，以直徑2000mm左右的液壓止回蝶閥為例，開(kāi)閥時(shí)間：15～30s，關(guān)閥時(shí)間：5～12s。液控止回蝶閥關(guān)閥時(shí)間短，適應(yīng)用于高水位泵站設(shè)計(jì)。

從泵站安全可靠性設(shè)計(jì)分析，液控止回蝶閥具有保壓、蓄能、自動(dòng)關(guān)閥功能，并且關(guān)閥時(shí)間短，能滿足高水位泵站設(shè)計(jì)要求。

4 泵站經(jīng)濟(jì)合理性

建設(shè)泵站目的是為了促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活水平。泵站機(jī)電工程投資占泵站總造價(jià)40%～60%。合理的設(shè)備配套選型，有利于泵站長(zhǎng)時(shí)間安全高效運(yùn)行，設(shè)計(jì)院提供的泵站配套設(shè)備的技術(shù)規(guī)范書(shū)，需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理性評(píng)估。對(duì)于運(yùn)行多年的泵站需要加大對(duì)設(shè)備安全投入，安全生產(chǎn)法第十八條，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位應(yīng)當(dāng)具備的安全生產(chǎn)條件所必需的安全資金投入，應(yīng)急液控止回蝶閥是泵組系統(tǒng)中用于安全防護(hù)的設(shè)備。

從泵站設(shè)計(jì)分析，液控止回蝶閥前期投入是電動(dòng)蝶閥3倍左右，但是，后期運(yùn)行管理和維護(hù)，液控止回蝶閥優(yōu)于電動(dòng)蝶閥。例如，電動(dòng)蝶閥機(jī)械故障率高于液控止回蝶閥，運(yùn)行維護(hù)成本隨著使用年限上升。

5 泵站運(yùn)行管理方便性

大型泵站在運(yùn)行過(guò)程中，最大設(shè)備故障是突發(fā)性停電，泵組液控止回蝶閥(工作閥)未及時(shí)關(guān)閉，而電動(dòng)檢修蝶閥因自身設(shè)計(jì)上的原因，也不能及時(shí)關(guān)閉，從而造成泵組反轉(zhuǎn)設(shè)備損壞。為了防止這類事故發(fā)生，泵站除了設(shè)備運(yùn)行巡查人員24h巡查外，還需要安排應(yīng)急處理人員24h堅(jiān)守水泵層，防止泵組高水位事故停機(jī)。

將電動(dòng)檢修蝶閥改換為應(yīng)急液控止回蝶閥，這樣雙止回蝶閥處于待機(jī)狀態(tài)。工作液控止回蝶閥安裝水泵排水口方向，負(fù)責(zé)泵組運(yùn)行開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)工作。應(yīng)急液控止回蝶閥安裝在工作液控止回蝶閥后面，因工作蝶閥事故而負(fù)責(zé)應(yīng)急處理工作。當(dāng)泵組液控止回蝶閥(工作閥)未及時(shí)關(guān)閉時(shí)，設(shè)定三秒后應(yīng)急液控止回蝶閥自動(dòng)關(guān)閉泵組排水通道，這樣防止事故進(jìn)一步擴(kuò)散，確保泵站安全運(yùn)行。應(yīng)急管理人員不再需要24小時(shí)堅(jiān)守水泵層，“守株待兔”等待事故出現(xiàn)。

6 電動(dòng)檢修蝶閥更換為應(yīng)急液控止回蝶閥理論依據(jù)

根據(jù)《生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案管理辦法》第十條：對(duì)于危險(xiǎn)性較大的工作崗位，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位應(yīng)當(dāng)制定重點(diǎn)工作崗位的現(xiàn)場(chǎng)處置方案?，F(xiàn)場(chǎng)處置方案應(yīng)當(dāng)包括危險(xiǎn)性分析、可能發(fā)生的事故特征、應(yīng)急處置程序、應(yīng)急處置要點(diǎn)和注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

電動(dòng)檢修蝶閥安裝在泵組液控止回蝶閥(工作閥)后面，為泵組檢修服務(wù)，因此取名為電動(dòng)檢修蝶閥。由于電動(dòng)檢修蝶本身設(shè)計(jì)上的局限性，電動(dòng)蝶閥與液控止回蝶閥比較可知，電動(dòng)蝶閥機(jī)械故障率高，啟閉速度偏慢。而液控止回蝶閥具有自動(dòng)穩(wěn)壓、蓄能功能，在泵組事故停電狀況下能自動(dòng)快速關(guān)閉蝶閥。把電動(dòng)檢修蝶閥更換為液控止回蝶閥，不但具備電動(dòng)檢修蝶閥的檢修斷流功能，在泵組微電腦配合下，而且還具有泵組事故應(yīng)急處置快速關(guān)斷功能。因此，把安裝在泵組液控止回蝶閥(工作蝶閥)后面，為泵組檢修、應(yīng)急服務(wù)的液控止回蝶閥，取名為應(yīng)急液控止回蝶閥(應(yīng)急蝶閥)。

為了確保大型泵站安全生產(chǎn)運(yùn)行，需要對(duì)危險(xiǎn)性較大的工作崗位，制定重點(diǎn)工作崗位的現(xiàn)場(chǎng)處置方案。高水位泵站事故停機(jī)，水泵層的泵組設(shè)備成為危險(xiǎn)性較大的工作崗位。如果泵組液控止回蝶閥(工作蝶閥)，在事故中不及時(shí)關(guān)閉，水泵快速反轉(zhuǎn)，危害泵站設(shè)備及工作人員安全。在制定重點(diǎn)工作崗位的現(xiàn)場(chǎng)處置方案中，除了加強(qiáng)對(duì)設(shè)備定期維護(hù)和不間斷巡查外，還需要加大對(duì)泵站設(shè)備的安全投入，提高泵組系統(tǒng)本質(zhì)安全。更換電動(dòng)檢修蝶閥，安裝應(yīng)急液控止回蝶閥(應(yīng)急蝶閥)，在泵組微電腦配合下，自動(dòng)關(guān)閉蝶閥完成應(yīng)急任務(wù)。

7 應(yīng)急液控止回蝶閥安裝要求

7.1 閥門(mén)技術(shù)規(guī)范書(shū)

泵站向水利水電設(shè)計(jì)院申請(qǐng)泵組配套設(shè)備技術(shù)服務(wù)，設(shè)計(jì)院提供與泵組配套液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)技術(shù)規(guī)范書(shū)。技術(shù)規(guī)范書(shū)對(duì)液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)：公稱壓力、公稱通徑、啟閉時(shí)間、工作電源、工作環(huán)境、系統(tǒng)控制等方面進(jìn)行技術(shù)分析和規(guī)范。根據(jù)液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)技術(shù)規(guī)范書(shū)，閥門(mén)廠商提供配套閥門(mén)，安裝方提供閥門(mén)安裝調(diào)試方案。

液控止回蝶閥主要技術(shù)要求：

（1）液控止回蝶閥具有切斷和止回兩種功能，關(guān)閉時(shí)分快慢兩個(gè)階段，啟閉時(shí)間范圍和角行程范圍可調(diào)整。

（2）液控止回蝶閥啟閉狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)有顯示、遠(yuǎn)程有監(jiān)控。

（3）液控止回蝶閥自動(dòng)穩(wěn)壓、蓄能。因故障無(wú)動(dòng)力電源時(shí)，液控止回蝶閥靠自身蓄能快速關(guān)斷。

由式(7)和(8)可知點(diǎn)(0，0)，(1，0)，(0，1)和點(diǎn) (1，1)是均衡點(diǎn)。令 p'=可知，當(dāng)滿足時(shí)，點(diǎn)(p'，q')也是均衡點(diǎn)。

（4）液控止回蝶閥液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)的最高壓力在關(guān)閉油泵后的50h內(nèi)，下降數(shù)值不能大于2MPa。

（5）液壓缸應(yīng)裝有刮垢器，活塞桿密封圈及活塞環(huán)應(yīng)采用丁腈橡膠等耐油材料。

（6）液控止回蝶閥試驗(yàn)后，蝶板應(yīng)開(kāi)啟4～5度。

（7）液控止回蝶閥動(dòng)力電源與備用電源獨(dú)立供電。閥門(mén)控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，智能控制遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（8）液控止回蝶閥工作環(huán)境大多數(shù)在地下層，因此對(duì)環(huán)境溫度和濕度有特殊要求，技術(shù)規(guī)范書(shū)中有明確的參數(shù)規(guī)定。

7.2 液控止回蝶閥主要技術(shù)參數(shù)

（2）公稱通徑：200～3000mm，（3）開(kāi)閥時(shí)間：(公稱通徑1000～3000mm)25～120s，（4）關(guān)閥時(shí)間：(公稱通徑1000～3000mm)快關(guān)3～30s、慢關(guān)4～60s。

7.3 閥門(mén)安裝與泵組聯(lián)合調(diào)試方案

施工方根據(jù)液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)技術(shù)規(guī)范書(shū)，提供閥門(mén)安裝和泵組聯(lián)合調(diào)試方案，根據(jù)方案進(jìn)行安裝和調(diào)試。

（1）應(yīng)急液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)，安裝在泵組出水口方向液控止回蝶閥(工作閥)后面。

（2）為了確保泵站運(yùn)行安全，泵站高壓采用雙電源供電。應(yīng)急液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)和工作液控止回蝶閥(工作閥）使用同一組動(dòng)力電源，但是，兩液控止回蝶閥備用電源必須各自獨(dú)立供電。

（3）工作液控止回蝶閥(工作閥)負(fù)責(zé)泵組運(yùn)行時(shí)啟閉工作，應(yīng)急液控止回蝶閥(應(yīng)急閥)負(fù)責(zé)泵組事故應(yīng)急關(guān)閉任務(wù)。

（4）所有設(shè)備要與接地網(wǎng)可靠連接，接地電阻不大于4歐姆。動(dòng)力配電箱有防雷電保護(hù)裝置。

（5）泵組聯(lián)合調(diào)試以模擬調(diào)試為主，模擬調(diào)試無(wú)誤后，再啟動(dòng)泵組運(yùn)行調(diào)試。

本文從閥門(mén)工作特性，高水位泵站設(shè)計(jì)要求和安全生產(chǎn)應(yīng)急法規(guī)等多方面，講述泵組電動(dòng)檢修蝶閥是否還應(yīng)該保留的觀點(diǎn)，論證應(yīng)急液控止回蝶閥替代電動(dòng)檢修蝶閥可行性，為大流量高水位泵站設(shè)計(jì)、改造提供參考。