摘　要：分析供热管道上大口径阀门泄漏的原因，主要是由带压开启或带压关闭过程中介质高速冲刷阀门密封面，造成密封面破坏引起的。如果选型合理，以设置牺牲品阀门来保护大口径主关断阀，理论和实践证明，可以延长大口径阀门的使用寿命。论述了供热管道常用大口径阀门的种类及选型原则，蒸汽管道、热水管道上大口径阀门的选型与保护。

关键词：供热管道；  大口径阀门；  密封面；  保护

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

供热管道上有很多大口径阀门。相对于小口径阀门而言，大口径阀门密封面的密封线路长、密封面积大，因此，在使用条件相同的情况下，大口径阀门更容易泄漏。

为了使阀门的密封性能更好而且更耐用，阀门的制造商在阀门的制造上做了很多研究或改进，例如提高密封面材料的硬度和耐磨性，蝶阀采用多层硬密封等，但由于大口径阀门的选型设计与保护不当，高质量大口径阀门的使用寿命仍然较短。我们根据理论分析和实践证明，采用合理的选型设计与保护措施，可以在很大程度上延长大口径阀门的使用寿命。

2　大口径阀门易摆坏的原因

阀门在出厂前都要做水压试验，保证阀门的承压能力及零泄漏。而且制造商对各种阀门要做数百次启闭实验，保证数百次启闭操作后仍为零泄漏。而大口径阀门一旦用在供热管道上，大多数启闭几次后就会发生泄漏现象。为什么数百次启闭实验不泄漏，而在供热管道上启闭几次就会泄漏呢?其原因是数百次启闭实验是在阀门两侧无压差的条件下进行的，阀门在供热管道启闭过程中其两侧往往存在较大的压差。为了减小操作力矩，大口径阀门大多采用蜗轮蜗杆变速机构，启闭的操作过程耗时较长，在阀门带压开启过程的初期或带压关闭过程的末期，介质的流通截面积较小，阀门前后的压差较大，介质通过阀门密封面的缝隙时流速很高。我们很容易注意到阀门带压开启过程的初期或带压关闭过程的末期介质通过阀门缝隙时发出刺耳的啸叫声，在理论或实践上都容易证明介质通过阀门缝隙时的流速很高。介质分子和介质中含有的杂质微粒高速冲刷阀门密封面，造成密封面破坏。由于小口径阀门的关闭或开启过程用时较短，介质冲刷密封面的时间较短，因此小口径阀门的密封面不易损坏。大口径阀门不仅关闭或开启用时较长，开启或关闭过程中介质对密封面冲刷时间较长，而且大口径阀门密封面的面积大，密封面稍微遭到破坏，就容易形成较大的泄漏量。

3　供热管道常用大口径阀门的种类及选型

供热管道上常用的大口径阀门有金属硬密封蝶阀、闸阀、截止阀，通常DN 200mm及以下口径的阀门宜采用截止阀，DN 250～600mm口径宜采用闸阀，DN 700mm及以上口径宜采用多层金属硬密封蝶阀。对于0.6MPa以下的供热管道，截止阀的口径可用到DN 400mm。这是由于对于同等口径的阀门，截止阀的密封面积最大，密封面积越大，阀门就越耐用，因此尽可能采用截止阀。但截止阀的缺点是作用在阀瓣上的压力p所产生的力直接作用在阀杆的轴向上(见图l)，阀门的口径越大，作用在阀杆轴向上的推力越大，因此，截止阀的口径不宜过大。市场上也没有很大口径的截止阀。

闸阀密封面的面积比截止阀略小，作用在阀瓣上的介质压力由密封面承受。由于作用在阀瓣上的介质压力不作用在阀杆上，因此，电厂的高压阀门通常都是闸阀。由于闸阀在开启状态时阀瓣提升到阀瓣箱(见图2)内，阀瓣箱的存在造成闸阀的体积和重量较大，与蝶阀相比，闸阀的制造成本较高。因此，在供热管道上DN 700mm以上口径的阀门通常采用蝶阀。此外，由于作用在闸阀阀瓣上的介质压力直接传递到密封面上，造成闸阀带压开启或关闭时产生较大的摩擦阻力，闸阀的口径越大、压力越高，其摩擦阻力越大，因此，CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》第8．5．9条要求“工作压力大于或等于1.6MPa且公称直径大于或等于500mm的管道上的闸阀应安装旁通阀”，通过开启旁通阀降低闸阀两侧压力差，其目的是为了减小闸阀的操作力矩。

蝶阀密封面的面积很小，基本可以理解为线密封，多层密封即多条线密封。蝶阀的体积小、重量轻、制造成本低，因此，DN 700mm及以上口径的阀门蝶阀居多。由于介质作用在蝶阀阀瓣上的压力直接作用在阀杆的径向上，对阀杆造成较大的径向剪切应力，因此，蝶阀的使用压力范围不宜超过2.5MPa。此外，蝶阀的密封面积很小，密封面最容易损坏。

CJJ 34—2010第8．5．3条要求“热力网的关断阀和分段阀均应采用双向密封阀门”。目前的双向密封阀门有球阀、橡胶密封蝶阀、闸阀等。球阀一般公称直径小于300mm，由于橡胶的强度较低，橡胶密封蝶阀不适合供热主管网，因此，目前适用于供热管网较大口径的双向密封阀门只有闸阀。适合供热管网特大口径(DN 800mm以上)闸阀的体积大、重量重，通常特大口径阀门不宜选择闸阀，因此，特大口径供热管道上采用单个双向密封阀门是不现实的。

4　蒸汽管道大口径阀门选型与保护

蒸汽管道的启动需要有一个暖管过程。CJJ 34—2010第8．5．10条要求“蒸汽管道启动暖管需控制流量时，管道阀门应装设口径较小的旁通阀作为控制阀门”。这是由于主阀口径较大时，若暖管过程使用主阀小开度暖管，高速蒸汽通过主阀小开度的缝隙，蒸汽分子或管道内的其他微小杂质颗粒冲刷密封面，使密封面遭到破坏。CJJ 34—2010要求蒸汽管道启动暖管需控制流量时管道阀门应装设口径较小的旁通阀作为控制阀门无疑是正确的，因为这样做可以保护大口径主阀。但是还应该注意小口径旁通阀的时径和阀门类型的合理选择，根据我们的实践经验，小口径旁通阀的口径应按主阀口径的1／10选取，但最小不应小于DN 50mm。而且小口径旁通阀应设置两个(见图3)，一个作为暖管时的控制阀，另一个作为旁通管的关断阀，这两个小口径阀门均应选择截止阀。这是因为蒸汽暖管时间较长，有时候控制阀暖管时的开度仍然较小，仍然有较大可能因高速蒸汽通过控制阀小开度的缝隙时将控制阀的密封面破坏，如果不再设置一个旁通关断阀，一旦暖管控制阀的密封面被破坏，主阀的关闭将起不到关断管路的作用。

目前我国的蒸汽管网一般为枝状管网，蒸汽管道上的阀门为单向承压，单向承压的阀门选择单向密封即可，没有必要选择双向密封阀门。

在可能的情况下，蒸汽管道暖管启动后，尽可能待管道阀后蒸汽压力达到阀前压力时再开启大口径主阀，这样可以保证大口径阀门开启过程中前后无压差，大口径阀门的密封面可得到有效的保护。如果蒸汽压力较高(1.0MPa或以上)且无法做到利用旁通阀使阀后压力达到或接近阀前压力时开启主阀，为保护大口径主阀的密封面，可采取双主阀的布置方法(见图4)。

图4中，在4个阀门全部为关闭状态时，管道带压开启的操作顺序为：开启旁通关断阀®开启旁通控制阀®开启主关断阀®开启次关断阀。这种操作次序可以保护主关断阀和旁通关断阀的密封面免遭损坏，而暖管控制阀和次关断阀成为保护前者的牺牲品，其道理是：我们假定暖管控制阀和次关断阀的密封面已经损坏，但密封面损坏的阀门在关闭状态下也只不过存在较小的缝隙，与旁通管的过流截面相比，其缝隙的过流通道很小。第一步开启小口径旁通关断阀的过程较快，由于暖管控制阀和次关断阀密封面有缝隙，开启旁通关闭阀的初期过程其阀门两侧有较大的压差，但压差很快就基本消失了，旁通关闭阀的密封面不容易损坏。第二步开启旁通控制阀后，在存在很小的缝隙过流断面的次关断阀关闭、相对于缝隙过流断面较大的旁通管畅通的状态下，主关断阀两侧的压差很小或基本无压差。第三步在压差极小的情况下开启主关断阀时其密封面不容易损坏。第四步开启作为牺牲品的次关断阀。这样使旁通关断阀和主关断阀长期处于良好状态，可以保证起到可靠的关断作用。而作为牺牲品的另外两个阀门长期处于允许有缝隙泄漏的状态下使用。

管道带压关闭的操作顺序为：关闭次关断阀®关闭主关断阀®关闭旁通控制阀®关闭旁通关断阀，其道理不再赘述。

5　热水管道大口径阀门选型与保护

目前我国大城市有很多大口径高温水供热管道，如河北三河电厂向北京市区供热的供热管道公称直径为1400mm。热水供热管道不仅有很多大口径管道，而且热水供热管道用于多热源联网供热的情况也很多。多热源联网供热的热水供热管道与枝状蒸汽管道不同，确实需要按照CJJ 34—2010第8．5．3条采用双向密封阀门。然而，目前可以用于供热管道较大口径双向密封阀门只有闸阀，而特大口径阀门没有闸阀。另一方面，由于闸阀的体积大、阀杆长，占用竖向空间比蝶阀大很多，地下敷设大口径供热管道很多情况下没有足够的竖向空间安装闸阀。

经研究，如图5所示采用4个单向密封的大口径蝶阀，达到双向密封的目的，而且采取保护措施，可以使大口径蝶阀长期处于良好工作状态。

对于压力和温度相对较高的供热管道，目前可靠性比较好的大口径蝶阀是金属多层硬密封蝶阀，单向承压、单向密封。图5中大口径蝶阀l、3为同一密封方向，大口径蝶阀2、4为同一密封方向。小口径旁通管选择双向密封闸阀，小口径旁通阀的口径一般按主阀口径的1／10选取，且不小于DN 50mm。按照图5，5个阀门处于全开状态，高压在左侧时关断的顺序为：关闭蝶阀3®关闭蝶阀1®关闭旁通闸阀，即此处的管道被关断；5个阀门处于全开状态，高压在右侧时关断的顺序为：关闭蝶阀4®关闭蝶阀2®关闭旁通闸阀，即此处的管道被关断。在图5中，蝶阀3、4是保护蝶阀1、2免遭破坏的牺牲品。图5管道在关闭状态下的开启顺序不再赘述。

6　结语

从CJJ 34—2010第8．5．9条要求“工作压力大于或等于1.6MPa且公称直径大于或等于500mm的管道上的闸阀应安装旁通阀”这一条文来看，似乎DN 500mm及以上口径的阀门应属于大口径阀门，这种认识不为错。但是，阀门口径的大小是相对而言，相对于DN 50mm的阀门，DN 300mm也应属于大口径阀门。因此，我们认为，对某一阀门是否按大口径阀门采取保护措施，应根据具体情况确定。只要我们弄清楚了阀门内部结构、密封原理、密封面损坏的原因、可以采取的基本保护措施，在实践中就可以利用口径相对小的阀门保护口径相对大的阀门。

据我们所知，目前我国供热管道上DN 500mm以上的大口径阀门能够起到理想关断作用的产品不多。造成这种现状的原因有阀门质量问题，更多的原因是带压关闭或开启过程中密封面遭到介质高速冲刷而破坏。更换大口径阀门造成的经济损失或给管理者带来的麻烦有目共睹。在希望阀门制造商制造出更高质量的大口径阀门的同时，也希望我们的供热管道设计者或管理者做好阀门选型与保护。

本文作者：王亚东  李娜  高百争

作者单位：中国平煤神马集团阳光物业公司

  中国平煤神马集团物业事业部