大高差礦井水減壓閥組設計探討

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應用案例，現在介紹大高差礦井水減壓閥組設計探討本文就某礦山廠區給水系統設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置進行了探討。減壓閥是通過調節，將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質本身的能量，使出口壓力自動保持穩定的一種閥門，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流元件，即通過改變節流面積，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導式減壓閥中的活塞，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，其容量比內導式活塞減壓閥更大。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	產品名稱	通徑  mm	壓力 MPA	材質	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

關鍵詞  輸水管線；重力流；減壓閥

1  大高差礦井水減壓閥組設計探討 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，分采礦區和冶煉區兩部分。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和冶煉區的各用水點。本次設計為廠區給水設計，包括高位水池到采礦區和冶煉區的輸水管線、采礦區和冶煉區的配水管線。

本工程的特點是地形高差較大，高位水池到采礦區距離900m，地形高差80m，采礦區到冶煉區距離1200m，地形高差80m，整個給水干管長2000m，地形高差160m。給水設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；減壓閥組的設置。



2   輸水管線管徑的確定

采礦區和冶煉區各用水點分布在一個狹窄的山溝里(長約2000m)，總高差160m，環狀給水管網實現較困難，確定為枝狀給水管網。生產、生活給水管道與消防給水如果分開設置，可以根據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、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、生活用水的水量、水壓，又要滿足消防時用水的水壓、水量。設室外消火栓，室外消防系統為常高壓給水系統，經計算：采礦區不利點消火栓處需要保持的壓力為0.37MPa，冶煉區不利點消火栓處需要保持的壓力為0.39MPa。故采礦區和冶煉區的給水壓力不小于0.4MPa。由于地形起伏較大，管材宜選用焊接鋼管。采礦區的生產、生活大時用水量為24.60m3/h，消防用水量為20L/s(72.00m3/h)；冶煉區的生產、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，再從采礦區到冶煉區，為長管重力流中的串聯管路給水，兩個管段的直徑、流量不變，流量和水頭損失關系仍按單管路計算。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，鋼管為0.012； 

d——管道直徑(m)。

經計算：輸水管線從高位水池到采礦區的管徑為DN150；從采礦區到冶煉區的管徑為DN125。經校核能夠滿足生產、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計探討減壓閥的選擇

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

項目	比例式減壓閥	可調式減壓閥
結構	簡單	復雜
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。 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。 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.設計流量在減壓閥流量-壓力特性曲線的直線段內。	1.閥后壓力要求穩定，對壓力要求高的場所。

由于生產、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，用水設備、衛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式減壓穩壓閥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，主閥上的導閥瞬時將閥后下降的壓力信號通過導閥內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，閥后壓力相應增大，當閥后壓力回升到導閥調定的壓力時，主閥板的開度保持穩定不變，此時閥后壓力保持相對穩定。可以看出，該減壓閥具有根據閥后壓力的變化來自動調整主閥的開度，保持閥后壓力穩定的功能，而且閥后壓力還可以在一定的范圍內調節，閥門前后帶有壓力表，只需調節先導閥上的調節螺栓，就能獲得、穩定的出口壓力.

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。主要由調節彈簧、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動閥瓣，控制閥瓣開度完成減壓穩壓功能。本產品在城市建筑、高層建筑的冷熱供水系統中，可取代常規分區水管，節省設備。也可在通常的冷熱水管網中，起減壓穩壓作用。Y42X彈簧活塞式減壓閥調壓、穩壓動作平穩，適用于水和非腐蝕性液體介質的管路。
安裝說明
應在連接管道檢驗合格后安裝。安裝前應將閥組上游管道沖洗干凈。管道內不得殘留有泥沙、石子、焊渣等雜物。并認真檢查閥組各組件內部是否清潔。
安裝時，給水減壓閥組各組件上標示的流向應與管道水流方向一致。
應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朝下或朝向側面垂直安裝時閥體呼吸孔口應設置于易觀察、檢查之方向。
前、后壓力表表盤的安裝可在閥組安裝完成后進行。
活塞式減壓閥的組件、附件與管道之間的連接和支架的設置應牢固。并在閥組安裝完成后、現場調試前將閥組前、后控制閥處于關閉狀態。



4   大高差礦井水減壓閥組設計探討減壓閥組的設置
平時管道壓力損失較小，以減靜壓為主，同時為了防止閥內產生汽蝕損壞減壓閥和減少振動及噪聲，在3處設置了減壓閥，一處在采礦區前，一處有冶煉區前，另一處在采礦區和冶煉區高差的1/2處。每處的減壓閥的閥后壓力都設為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濟損失，減壓閥采用并聯設置，一用一備；為了避免管道內的雜質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。減壓閥組的設置詳見圖。本工程選用減壓閥的小啟動壓差為0.02MPa，經過校核計算消防時能夠保證處于開啟狀態。



大高差礦井水減壓閥組設計探討 選用原則
減壓閥的進口壓力波動應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適用超出范圍應更換彈簧。
在介質工作溫度比較高的場合般選用先導式活塞式減壓閥或先導式波紋管減壓閥。
介質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式薄膜式減壓閥。
介質為蒸汽的場合宜選用先導活塞式減壓閥或波紋管式減壓閥。
為了操作、調整和維修的方便減壓閥一般應安裝在水平管道上。



5   5  結語
給水系統的可靠性和安全性對一個廠礦企業來說是非常重要的，因為工業給水有它的特殊性，在滿足規范要求和使用的前提下應盡量為企業節約資金。本工程已全部竣工，并且通過了單項工程驗收，目前給水系統運行正常。在這種大高差長管重力流輸水管中給水系統的確定、減壓閥的選擇是關鍵，要同時保證生產、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.明確減壓閥在設備或裝置中的用途，確定閥門的工作條件，如適用介質、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.根據管線輸送的介質、工作壓力、工作溫度確定所選減壓閥的殼體和內件的材料：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；對于自動蒸汽減壓閥，根據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：結構長度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關閉后減壓閥高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數量、整個閥門外型尺寸等。與本文相關的論文：自力式煤氣調壓閥組?