大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討本文就某礦山廠區(qū)給水系統(tǒng)設(shè)計中對于大高差長管重力流這一種特殊輸水管線管徑的確定、減壓閥的選擇以及減壓閥組的設(shè)置進行了探討。減壓閥是通過調(diào)節(jié)，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動保持穩(wěn)定的一種閥門，從流體力學的觀點來看，減壓閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動能改變，造成不同的壓力損失，從而達到減壓的目的。薄膜式減壓閥是雙膜片代替了內(nèi)導(dǎo)式減壓閥中的活塞，這個增大的膜片面積能夠打開更大的主閥，并且在相同的管道尺寸下，其容量比內(nèi)導(dǎo)式活塞減壓閥更大。另外，膜片對壓力變化更為敏感，度更高。這種減壓閥非常靈活，可以采用不同類型的導(dǎo)閥（例如壓力閥、溫度閥、空氣裝載閥、電磁閥或幾種閥同時配套適用）。

序號	產(chǎn)品名稱	通徑  mm	壓力 MPA	材質(zhì)	單位
1	200X水減壓閥	100	1.6	球墨鑄鐵	臺
4	軟密封閘閥 Z45X	100	1.6	球墨鑄鐵	臺
3	Y型過濾器 GL41H	100	1.6	球墨鑄鐵	臺
4	橡膠撓性接頭JGD	100	1.6	鑄鋼	臺
5	法蘭式蝶閥 D41X	100	1.6	球墨鑄鐵	臺
6	法蘭式截止閥 J41H	100	1.6	鑄鋼	臺
7	法蘭式安全閥 A41H	100	1.6	鑄鋼	臺

關(guān)鍵詞  輸水管線；重力流；減壓閥

1  大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討 工程概況

該礦山位于河北省秦皇島市市郊，整個礦山處于一個狹窄的山谷里，地形起伏較大，分采礦區(qū)和冶煉區(qū)兩部分。水源為地下水，水源地在山梁的另一邊，打管井兩口，由潛水電泵送至山頂高位水池，再由高位水池送至采礦區(qū)和冶煉區(qū)的各用水點。本次設(shè)計為廠區(qū)給水設(shè)計，包括高位水池到采礦區(qū)和冶煉區(qū)的輸水管線、采礦區(qū)和冶煉區(qū)的配水管線。

本工程的特點是地形高差較大，高位水池到采礦區(qū)距離900m，地形高差80m，采礦區(qū)到冶煉區(qū)距離1200m，地形高差80m，整個給水干管長2000m，地形高差160m。給水設(shè)計主要涉及了三個問題：輸水管線管徑的確定；減壓閥的選擇；減壓閥組的設(shè)置。



2   輸水管線管徑的確定

采礦區(qū)和冶煉區(qū)各用水點分布在一個狹窄的山溝里(長約2000m)，總高差160m，環(huán)狀給水管網(wǎng)實現(xiàn)較困難，確定為枝狀給水管網(wǎng)。生產(chǎn)、生活給水管道與消防給水如果分開設(shè)置，可以根據(jù)各自所需的壓力進行減壓，但是浪費管材，工程造價高，所以生產(chǎn)、生活給水管道與消防合用。輸水管線管徑的確定既要滿足生產(chǎn)、生活用水的水量、水壓，又要滿足消防時用水的水壓、水量。設(shè)室外消火栓，室外消防系統(tǒng)為常高壓給水系統(tǒng)，經(jīng)計算：采礦區(qū)不利點消火栓處需要保持的壓力為0.37MPa，冶煉區(qū)不利點消火栓處需要保持的壓力為0.39MPa。故采礦區(qū)和冶煉區(qū)的給水壓力不小于0.4MPa。由于地形起伏較大，管材宜選用焊接鋼管。采礦區(qū)的生產(chǎn)、生活大時用水量為24.60m3/h，消防用水量為20L/s(72.00m3/h)；冶煉區(qū)的生產(chǎn)、生活大時用水量為22.20m3/h，消防用水量為15L/s(54.00m3/h)。輸水管線從高位水池到采礦區(qū)，再從采礦區(qū)到冶煉區(qū)，為長管重力流中的串聯(lián)管路給水，兩個管段的直徑、流量不變，流量和水頭損失關(guān)系仍按單管路計算。長管水力計算公式為：

H=AlQ2（１）

式中   H——作用水頭，米水柱；

A——比阻，單位流量通過單位長度管道所需的水頭(S2/L2)；

l——管長(m)；

Q——通過管段的流量(L/S)。

比阻A，工程上一般采用滿寧公式:

式中   n——粗糙系數(shù)，鋼管為0.012； 

d——管道直徑(m)。

經(jīng)計算：輸水管線從高位水池到采礦區(qū)的管徑為DN150；從采礦區(qū)到冶煉區(qū)的管徑為DN125。經(jīng)校核能夠滿足生產(chǎn)、生活及消防用水時水量、水壓的要求。



3   大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討減壓閥的選擇

輸水管線管徑確定以后，由于采礦區(qū)和冶煉區(qū)的水壓均大于0.60MPa，就要考慮選擇適合本工程的減壓閥。常用減壓閥按調(diào)節(jié)方式可為比例式減壓閥和可調(diào)式減壓閥(分彈簧式減壓閥、膜片式減壓閥、先導(dǎo)式減壓閥、氣囊式減壓閥等多種)，現(xiàn)對這兩種閥門做一下比較詳見表。

項目	比例式減壓閥	可調(diào)式減壓閥
結(jié)構(gòu)	簡單	復(fù)雜
安裝方式	宜垂直安裝	宜水平安裝
價格	較低	較高
特點	1.出口壓力不可調(diào)。 2.出口壓力隨進口壓力變化而變化，與進口壓力有一定的比例關(guān)系。 3.在某一出口壓力時，流量變化范圍較小。 4.有的不減靜壓，有的能減靜壓但效果不好。 5.壓力損失較大。 6.小流量下有振動、噪聲大。	1.出口壓力可調(diào)。 2.出口壓力不隨進口壓力變化而變化。 3.在某一出口壓力時，流量變化范圍廣。 4.能夠減靜壓而且效果好。 5. 壓力損失較小。 6.小流量下無振動、噪聲小。
適用場所	1.閥后壓力允許波動，對壓力要求不高的場所。 2.設(shè)計流量在減壓閥流量-壓力特性曲線的直線段內(nèi)。	1.閥后壓力要求穩(wěn)定，對壓力要求高的場所。

由于生產(chǎn)、生活用水量小，消防用水量大，壓要求又較高，平時管道壓力損失較小，夜間靜壓高，用水設(shè)備、衛(wèi)生器具和給水配件容易損壞，影響使用壽命，所以要求選用能夠減靜壓的減壓閥。本工程選用一種新型先導(dǎo)式減壓穩(wěn)壓閥DY220X，能夠滿足本工程的要求，它的工作原理：當下游用水點用水時閥后壓力稍有降低，主閥上的導(dǎo)閥瞬時將閥后下降的壓力信號通過導(dǎo)閥內(nèi)部壓力的作用反饋給主閥的上腔，使上腔壓力減小，此時主閥板的開度增大，閥后壓力相應(yīng)增大，當閥后壓力回升到導(dǎo)閥調(diào)定的壓力時，主閥板的開度保持穩(wěn)定不變，此時閥后壓力保持相對穩(wěn)定。可以看出，該減壓閥具有根據(jù)閥后壓力的變化來自動調(diào)整主閥的開度，保持閥后壓力穩(wěn)定的功能，而且閥后壓力還可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，閥門前后帶有壓力表，只需調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥上的調(diào)節(jié)螺栓，就能獲得、穩(wěn)定的出口壓力.

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥水減壓閥屬于直接作用式薄膜彈簧減壓閥。主要由調(diào)節(jié)彈簧、膜片、活塞、閥座、閥瓣等零件組成。利用膜片直接傳感下游壓力驅(qū)動閥瓣，控制閥瓣開度完成減壓穩(wěn)壓功能。本產(chǎn)品在城市建筑、高層建筑的冷熱供水系統(tǒng)中，可取代常規(guī)分區(qū)水管，節(jié)省設(shè)備。也可在通常的冷熱水管網(wǎng)中，起減壓穩(wěn)壓作用。Y42X彈簧活塞式減壓閥調(diào)壓、穩(wěn)壓動作平穩(wěn)，適用于水和非腐蝕性液體介質(zhì)的管路。
安裝說明
應(yīng)在連接管道檢驗合格后安裝。安裝前應(yīng)將閥組上游管道沖洗干凈。管道內(nèi)不得殘留有泥沙、石子、焊渣等雜物。并認真檢查閥組各組件內(nèi)部是否清潔。
安裝時，給水減壓閥組各組件上標示的流向應(yīng)與管道水流方向一致。
應(yīng)整機安裝不得擅自拆卸閥體原裝部件。
水平安裝時其閥體呼吸孔應(yīng)朝下或朝向側(cè)面垂直安裝時閥體呼吸孔口應(yīng)設(shè)置于易觀察、檢查之方向。
前、后壓力表表盤的安裝?？稍陂y組安裝完成后進行。
活塞式減壓閥的組件、附件與管道之間的連接和支架的設(shè)置應(yīng)牢固。并在閥組安裝完成后、現(xiàn)場調(diào)試前將閥組前、后控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)。



4   大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討減壓閥組的設(shè)置
平時管道壓力損失較小，以減靜壓為主，同時為了防止閥內(nèi)產(chǎn)生汽蝕損壞減壓閥和減少振動及噪聲，在3處設(shè)置了減壓閥，一處在采礦區(qū)前，一處有冶煉區(qū)前，另一處在采礦區(qū)和冶煉區(qū)高差的1/2處。每處的減壓閥的閥后壓力都設(shè)為0.40MPa，閥前大壓力為靜壓時0.80MPa，大壓差為0.40MPa。為了提高給水的保證率，減少因停水引起的經(jīng)濟損失，減壓閥采用并聯(lián)設(shè)置，一用一備；為了避免管道內(nèi)的雜質(zhì)進入減壓閥引起減靜壓失靈，在減壓閥前增加了過濾器；為了檢修和拆換方便還增加了檢修閥門和可曲撓橡膠柔性接頭。減壓閥組的設(shè)置詳見圖。本工程選用減壓閥的小啟動壓差為0.02MPa，經(jīng)過校核計算消防時能夠保證處于開啟狀態(tài)。



大高差礦井水減壓閥組設(shè)計探討 選用原則
減壓閥的進口壓力波動應(yīng)控制在進口壓力給定值的80-105，如超過該范圍水管減壓閥的性能會受影響。
通常減壓閥的閥后壓力Pc 應(yīng)小于閥前壓力的0.5 倍即Pc<0.5P1。彈簧活塞式減壓閥的每一檔彈簧只在一定的出口壓力范圍內(nèi)適用超出范圍應(yīng)更換彈簧。
在介質(zhì)工作溫度比較高的場合般選用先導(dǎo)式活塞式減壓閥或先導(dǎo)式波紋管減壓閥。
介質(zhì)為空氣或水液體的場合一般宜選用直接作用薄膜式減壓閥或先導(dǎo)式薄膜式減壓閥。
介質(zhì)為蒸汽的場合宜選用先導(dǎo)活塞式減壓閥或波紋管式減壓閥。
為了操作、調(diào)整和維修的方便減壓閥一般應(yīng)安裝在水平管道上。



5   5  結(jié)語
給水系統(tǒng)的可靠性和安全性對一個廠礦企業(yè)來說是非常重要的，因為工業(yè)給水有它的特殊性，在滿足規(guī)范要求和使用的前提下應(yīng)盡量為企業(yè)節(jié)約資金。本工程已全部竣工，并且通過了單項工程驗收，目前給水系統(tǒng)運行正常。在這種大高差長管重力流輸水管中給水系統(tǒng)的確定、減壓閥的選擇是關(guān)鍵，要同時保證生產(chǎn)、生活用水和消防用水的水量、水壓，否則將直接影響給水的正常使用。

減壓閥的選型原則

    1.明確減壓閥在設(shè)備或裝置中的用途，確定閥門的工作條件，如適用介質(zhì)、工作壓力、工作溫度等等；

    2.確定與減壓閥連接管道的公稱通徑和連接方式：法蘭、螺紋、焊接等；

    3.根據(jù)管線輸送的介質(zhì)、工作壓力、工作溫度確定所選減壓閥的殼體和內(nèi)件的材料：鑄鋼、碳素鋼、不銹鋼、合金鋼、不銹耐酸鋼、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、銅合金等；

    4.確定操作減壓閥的方式：手動、電動、電磁、氣動或液動、電液聯(lián)動等；

    5.選擇減壓閥的種類；

    6.確定減壓閥的型式；

    7.確定減壓閥的參數(shù)；對于自動蒸汽減壓閥，根據(jù)不同需要先確定允許流阻力、排放能力、背壓等，再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑；

    8.確定所選用減壓閥的幾何參數(shù)：結(jié)構(gòu)長度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關(guān)閉后減壓閥高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數(shù)量、整個閥門外型尺寸等。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?