摘　要：分析供熱管道上大口徑閥門泄漏的原因，主要是由帶壓開啟或帶壓關閉過程中介質(zhì)高速沖刷閥門密封面，造成密封面破壞引起的。如果選型合理，以設置犧牲品閥門來保護大口徑主關斷閥，理論和實踐證明，可以延長大口徑閥門的使用壽命。論述了供熱管道常用大口徑閥門的種類及選型原則，蒸汽管道、熱水管道上大口徑閥門的選型與保護。

關鍵詞：供熱管道；  大口徑閥門；  密封面；  保護

Type Selection and Protection of Large-diameter Valves for Heat-supply Pipeline

Abstract：The leakage reasons of large-diameter valves for heat-supply pipeline are analyzed．The leakage oecHrs mainly due to valve sealing surface damage caused by high-speed scour of media during opening or closing under pressure．If the type selection is reasonable，and the sacrificial valve is installed to protect the large-diameter main shutoff valve，the theory and practice have proved that the service life of large-diameter valves can be prolonged．The types and selection principle of large-diameter valves commonly used in heat-supply pipelines as well as the type selection and protection of large-diameter valves used in steam and hot

water pipelines are expounded．

Keywords：heat-supply pipeline；large-diameter valve；sealing surface；protection

1　概述

供熱管道上有很多大口徑閥門。相對于小口徑閥門而言，大口徑閥門密封面的密封線路長、密封面積大，因此，在使用條件相同的情況下，大口徑閥門更容易泄漏。

為了使閥門的密封性能更好而且更耐用，閥門的制造商在閥門的制造上做了很多研究或改進，例如提高密封面材料的硬度和耐磨性，蝶閥采用多層硬密封等，但由于大口徑閥門的選型設計與保護不當，高質(zhì)量大口徑閥門的使用壽命仍然較短。我們根據(jù)理論分析和實踐證明，采用合理的選型設計與保護措施，可以在很大程度上延長大口徑閥門的使用壽命。

2　大口徑閥門易擺壞的原因

閥門在出廠前都要做水壓試驗，保證閥門的承壓能力及零泄漏。而且制造商對各種閥門要做數(shù)百次啟閉實驗，保證數(shù)百次啟閉操作后仍為零泄漏。而大口徑閥門一旦用在供熱管道上，大多數(shù)啟閉幾次后就會發(fā)生泄漏現(xiàn)象。為什么數(shù)百次啟閉實驗不泄漏，而在供熱管道上啟閉幾次就會泄漏呢?其原因是數(shù)百次啟閉實驗是在閥門兩側無壓差的條件下進行的，閥門在供熱管道啟閉過程中其兩側往往存在較大的壓差。為了減小操作力矩，大口徑閥門大多采用蝸輪蝸桿變速機構，啟閉的操作過程耗時較長，在閥門帶壓開啟過程的初期或帶壓關閉過程的末期，介質(zhì)的流通截面積較小，閥門前后的壓差較大，介質(zhì)通過閥門密封面的縫隙時流速很高。我們很容易注意到閥門帶壓開啟過程的初期或帶壓關閉過程的末期介質(zhì)通過閥門縫隙時發(fā)出刺耳的嘯叫聲，在理論或?qū)嵺`上都容易證明介質(zhì)通過閥門縫隙時的流速很高。介質(zhì)分子和介質(zhì)中含有的雜質(zhì)微粒高速沖刷閥門密封面，造成密封面破壞。由于小口徑閥門的關閉或開啟過程用時較短，介質(zhì)沖刷密封面的時間較短，因此小口徑閥門的密封面不易損壞。大口徑閥門不僅關閉或開啟用時較長，開啟或關閉過程中介質(zhì)對密封面沖刷時間較長，而且大口徑閥門密封面的面積大，密封面稍微遭到破壞，就容易形成較大的泄漏量。

3　供熱管道常用大口徑閥門的種類及選型

供熱管道上常用的大口徑閥門有金屬硬密封蝶閥、閘閥、截止閥，通常DN 200mm及以下口徑的閥門宜采用截止閥，DN 250～600mm口徑宜采用閘閥，DN 700mm及以上口徑宜采用多層金屬硬密封蝶閥。對于0.6MPa以下的供熱管道，截止閥的口徑可用到DN 400mm。這是由于對于同等口徑的閥門，截止閥的密封面積最大，密封面積越大，閥門就越耐用，因此盡可能采用截止閥。但截止閥的缺點是作用在閥瓣上的壓力p所產(chǎn)生的力直接作用在閥桿的軸向上(見圖l)，閥門的口徑越大，作用在閥桿軸向上的推力越大，因此，截止閥的口徑不宜過大。市場上也沒有很大口徑的截止閥。

閘閥密封面的面積比截止閥略小，作用在閥瓣上的介質(zhì)壓力由密封面承受。由于作用在閥瓣上的介質(zhì)壓力不作用在閥桿上，因此，電廠的高壓閥門通常都是閘閥。由于閘閥在開啟狀態(tài)時閥瓣提升到閥瓣箱(見圖2)內(nèi)，閥瓣箱的存在造成閘閥的體積和重量較大，與蝶閥相比，閘閥的制造成本較高。因此，在供熱管道上DN 700mm以上口徑的閥門通常采用蝶閥。此外，由于作用在閘閥閥瓣上的介質(zhì)壓力直接傳遞到密封面上，造成閘閥帶壓開啟或關閉時產(chǎn)生較大的摩擦阻力，閘閥的口徑越大、壓力越高，其摩擦阻力越大，因此，CJJ 34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》第8．5．9條要求“工作壓力大于或等于1.6MPa且公稱直徑大于或等于500mm的管道上的閘閥應安裝旁通閥”，通過開啟旁通閥降低閘閥兩側壓力差，其目的是為了減小閘閥的操作力矩。

蝶閥密封面的面積很小，基本可以理解為線密封，多層密封即多條線密封。蝶閥的體積小、重量輕、制造成本低，因此，DN 700mm及以上口徑的閥門蝶閥居多。由于介質(zhì)作用在蝶閥閥瓣上的壓力直接作用在閥桿的徑向上，對閥桿造成較大的徑向剪切應力，因此，蝶閥的使用壓力范圍不宜超過2.5MPa。此外，蝶閥的密封面積很小，密封面最容易損壞。

CJJ 34—2010第8．5．3條要求“熱力網(wǎng)的關斷閥和分段閥均應采用雙向密封閥門”。目前的雙向密封閥門有球閥、橡膠密封蝶閥、閘閥等。球閥一般公稱直徑小于300mm，由于橡膠的強度較低，橡膠密封蝶閥不適合供熱主管網(wǎng)，因此，目前適用于供熱管網(wǎng)較大口徑的雙向密封閥門只有閘閥。適合供熱管網(wǎng)特大口徑(DN 800mm以上)閘閥的體積大、重量重，通常特大口徑閥門不宜選擇閘閥，因此，特大口徑供熱管道上采用單個雙向密封閥門是不現(xiàn)實的。

4　蒸汽管道大口徑閥門選型與保護

蒸汽管道的啟動需要有一個暖管過程。CJJ 34—2010第8．5．10條要求“蒸汽管道啟動暖管需控制流量時，管道閥門應裝設口徑較小的旁通閥作為控制閥門”。這是由于主閥口徑較大時，若暖管過程使用主閥小開度暖管，高速蒸汽通過主閥小開度的縫隙，蒸汽分子或管道內(nèi)的其他微小雜質(zhì)顆粒沖刷密封面，使密封面遭到破壞。CJJ 34—2010要求蒸汽管道啟動暖管需控制流量時管道閥門應裝設口徑較小的旁通閥作為控制閥門無疑是正確的，因為這樣做可以保護大口徑主閥。但是還應該注意小口徑旁通閥的時徑和閥門類型的合理選擇，根據(jù)我們的實踐經(jīng)驗，小口徑旁通閥的口徑應按主閥口徑的1／10選取，但最小不應小于DN 50mm。而且小口徑旁通閥應設置兩個(見圖3)，一個作為暖管時的控制閥，另一個作為旁通管的關斷閥，這兩個小口徑閥門均應選擇截止閥。這是因為蒸汽暖管時間較長，有時候控制閥暖管時的開度仍然較小，仍然有較大可能因高速蒸汽通過控制閥小開度的縫隙時將控制閥的密封面破壞，如果不再設置一個旁通關斷閥，一旦暖管控制閥的密封面被破壞，主閥的關閉將起不到關斷管路的作用。

目前我國的蒸汽管網(wǎng)一般為枝狀管網(wǎng)，蒸汽管道上的閥門為單向承壓，單向承壓的閥門選擇單向密封即可，沒有必要選擇雙向密封閥門。

在可能的情況下，蒸汽管道暖管啟動后，盡可能待管道閥后蒸汽壓力達到閥前壓力時再開啟大口徑主閥，這樣可以保證大口徑閥門開啟過程中前后無壓差，大口徑閥門的密封面可得到有效的保護。如果蒸汽壓力較高(1.0MPa或以上)且無法做到利用旁通閥使閥后壓力達到或接近閥前壓力時開啟主閥，為保護大口徑主閥的密封面，可采取雙主閥的布置方法(見圖4)。

圖4中，在4個閥門全部為關閉狀態(tài)時，管道帶壓開啟的操作順序為：開啟旁通關斷閥®開啟旁通控制閥®開啟主關斷閥®開啟次關斷閥。這種操作次序可以保護主關斷閥和旁通關斷閥的密封面免遭損壞，而暖管控制閥和次關斷閥成為保護前者的犧牲品，其道理是：我們假定暖管控制閥和次關斷閥的密封面已經(jīng)損壞，但密封面損壞的閥門在關閉狀態(tài)下也只不過存在較小的縫隙，與旁通管的過流截面相比，其縫隙的過流通道很小。第一步開啟小口徑旁通關斷閥的過程較快，由于暖管控制閥和次關斷閥密封面有縫隙，開啟旁通關閉閥的初期過程其閥門兩側有較大的壓差，但壓差很快就基本消失了，旁通關閉閥的密封面不容易損壞。第二步開啟旁通控制閥后，在存在很小的縫隙過流斷面的次關斷閥關閉、相對于縫隙過流斷面較大的旁通管暢通的狀態(tài)下，主關斷閥兩側的壓差很小或基本無壓差。第三步在壓差極小的情況下開啟主關斷閥時其密封面不容易損壞。第四步開啟作為犧牲品的次關斷閥。這樣使旁通關斷閥和主關斷閥長期處于良好狀態(tài)，可以保證起到可靠的關斷作用。而作為犧牲品的另外兩個閥門長期處于允許有縫隙泄漏的狀態(tài)下使用。

管道帶壓關閉的操作順序為：關閉次關斷閥®關閉主關斷閥®關閉旁通控制閥®關閉旁通關斷閥，其道理不再贅述。

5　熱水管道大口徑閥門選型與保護

目前我國大城市有很多大口徑高溫水供熱管道，如河北三河電廠向北京市區(qū)供熱的供熱管道公稱直徑為1400mm。熱水供熱管道不僅有很多大口徑管道，而且熱水供熱管道用于多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱的情況也很多。多熱源聯(lián)網(wǎng)供熱的熱水供熱管道與枝狀蒸汽管道不同，確實需要按照CJJ 34—2010第8．5．3條采用雙向密封閥門。然而，目前可以用于供熱管道較大口徑雙向密封閥門只有閘閥，而特大口徑閥門沒有閘閥。另一方面，由于閘閥的體積大、閥桿長，占用豎向空間比蝶閥大很多，地下敷設大口徑供熱管道很多情況下沒有足夠的豎向空間安裝閘閥。

經(jīng)研究，如圖5所示采用4個單向密封的大口徑蝶閥，達到雙向密封的目的，而且采取保護措施，可以使大口徑蝶閥長期處于良好工作狀態(tài)。

對于壓力和溫度相對較高的供熱管道，目前可靠性比較好的大口徑蝶閥是金屬多層硬密封蝶閥，單向承壓、單向密封。圖5中大口徑蝶閥l、3為同一密封方向，大口徑蝶閥2、4為同一密封方向。小口徑旁通管選擇雙向密封閘閥，小口徑旁通閥的口徑一般按主閥口徑的1／10選取，且不小于DN 50mm。按照圖5，5個閥門處于全開狀態(tài)，高壓在左側時關斷的順序為：關閉蝶閥3®關閉蝶閥1®關閉旁通閘閥，即此處的管道被關斷；5個閥門處于全開狀態(tài)，高壓在右側時關斷的順序為：關閉蝶閥4®關閉蝶閥2®關閉旁通閘閥，即此處的管道被關斷。在圖5中，蝶閥3、4是保護蝶閥1、2免遭破壞的犧牲品。圖5管道在關閉狀態(tài)下的開啟順序不再贅述。

6　結語

從CJJ 34—2010第8．5．9條要求“工作壓力大于或等于1.6MPa且公稱直徑大于或等于500mm的管道上的閘閥應安裝旁通閥”這一條文來看，似乎DN 500mm及以上口徑的閥門應屬于大口徑閥門，這種認識不為錯。但是，閥門口徑的大小是相對而言，相對于DN 50mm的閥門，DN 300mm也應屬于大口徑閥門。因此，我們認為，對某一閥門是否按大口徑閥門采取保護措施，應根據(jù)具體情況確定。只要我們弄清楚了閥門內(nèi)部結構、密封原理、密封面損壞的原因、可以采取的基本保護措施，在實踐中就可以利用口徑相對小的閥門保護口徑相對大的閥門。

據(jù)我們所知，目前我國供熱管道上DN 500mm以上的大口徑閥門能夠起到理想關斷作用的產(chǎn)品不多。造成這種現(xiàn)狀的原因有閥門質(zhì)量問題，更多的原因是帶壓關閉或開啟過程中密封面遭到介質(zhì)高速沖刷而破壞。更換大口徑閥門造成的經(jīng)濟損失或給管理者帶來的麻煩有目共睹。在希望閥門制造商制造出更高質(zhì)量的大口徑閥門的同時，也希望我們的供熱管道設計者或管理者做好閥門選型與保護。

本文作者：王亞東  李娜  高百爭

作者單位：中國平煤神馬集團陽光物業(yè)公司

  中國平煤神馬集團物業(yè)事業(yè)部