水电厂排水闸阀破裂的原因分析及处理意见

水电厂排水闸阀破裂的原因分析及处理意见

安全

安全（甘肃省电力公司刘家峡水电厂，甘肃永靖731600）

摘要：技术排水系统的安全是水电厂安全运行的重中之重，系统中闸阀使用比较多，闸阀在使用过程中的破裂，将危及到水电厂的安全运行。本文介绍了某电厂排水闸阀的破裂事故，分析出其破裂原因，并且提出了处理意见。

关键词：排水闸阀；破裂原因；处理意见

1情况介绍

某水电厂全厂排水分为：检修排水和渗漏排水。渗漏排水的作用为：把机组顶盖排水、生活用水排水、厂辅助设备排水，渗漏排水，机组伸缩节漏水排出厂外下游河道，保证全厂主辅设备安全运行。其中渗漏排水的设备组成有排水泵，集水井，排水廊道沟。

2排水阀破裂的事故经过

2007年7月，该厂内1#排水泵由深井泵改造为潜水泵，同时作为配套的逆止阀也进行了更换，在投运不久后，即由于出口阀破裂发生了大量跑水。而在改造之前，厂内排水泵出口阀从未破裂过。经过对排水管道及阀门的逐一检查，发现P211排水闸阀靠近出口侧法兰通透性裂开几十毫米。由于至尾水出口管段高程为1620米，而当时尾水水位为1623米，低于尾水平面3米，同时厂内排水泵出口阀至尾水段出口管路之间再无阀门，故造成大量水流急速倒灌至厂内。为了防止水淹厂房，当班值立即联系调度将全厂负荷到至空载，把尾水水位控制在厂内排水泵出口管段高程1620米以下。派潜水人员用堵头将出口管段堵住，同时立即在厂内排水泵出口管段中间加装了一个排水总阀，以防止再次出现类似情况。2008年9月，厂内2#排水泵也由深井泵改造为潜水泵，同时作为配套的逆止阀也进行了更换。在投运试验时，厂内1#、2#排水泵出口阀再次发生破裂，所幸这次及时关闭了新加装的排水总阀，从而避免发生水淹厂房的事故。

由于该厂的厂内1#、2#排水泵都布置于副厂房中，改造后的排水泵排水管道都较长，而这两次的排水闸阀都有过相似的破裂事故，所以可以认为，排水闸阀的破裂并不是偶然的因素，而有其必然的原因。

排水泵系统图

3排水闸阀破裂的原因分析

3.1阀门质量和设计缺陷是阀门破裂的内在原因

从两起破裂的排水闸阀阀体法兰断口形状来看，整个阀体都是从法兰连接螺丝处沿轴向裂开一道几十毫米宽的口子；从阀体法兰连接螺丝所用的材料来看，阀体法兰连接螺丝采用的是普通螺栓。由于普通螺栓的抗拉强度低，而阀门下部基座固定加强部分又偏小，故在该处发生较大水锤压力时，闸阀与逆止阀所承受的水推力较大，该处法兰的结构就显得较为薄弱，因此容易发生阀体法兰连接螺丝疲劳断裂的事故。另一方面，由于当时将出口闸阀安装在离潜水泵19米以外的地方，这样无形之中对原本受反向水锤压力较大的闸阀与逆止阀又添加了一个较大的正向水锤压力，致使原来刚好可以抗击反向水锤压力的闸阀法兰螺栓无形之中又增加了一个外力的冲击，从而加速了其金属疲劳速度。

所以可以认为，排水闸阀破裂的内因是阀体所采用的材料抗拉强度太低，阀体安装设计不够合理所致。

3.2水击是阀体破裂的主动力

经过仔细观察和理论分析，发现一方面由于厂内排水泵改造前泵体和出口阀在同一高程，且位置接近，而改造为潜水泵后泵体的高程为1603.5米，出口阀高程在1622.8米，管路长度为19.3米，故出口阀较原来受到较大正向水锤压力；另外，排水泵出口闸阀至尾水出口的排水管路长度约40米，属于长管路排水，同时，至尾水出口管段高程为1620米，而当时尾水水位为1623米，低于尾水平面3米，管路内部易形成真空，故出口阀受到较大反向水锤压力，且经过现场调查发现，潜水泵启动时正向水锤压力明显大于反向水锤压力，在多次的正向和反向水锤的频繁冲击下，厂内1#排水泵出口阀法兰连接螺丝强度终于受到极大破坏。所以得出结论：水击就是使厂内1#排水泵出口阀法兰连接螺丝发生疲劳断裂的主要动力，其中正向水锤压力占比较大。

4处理意见

4.1改用高质量的闸阀同时改进设计

由原因分析可知，从两起破裂的排水闸阀阀体法兰断口形状来看，整个阀体都是从法兰连接螺丝处沿轴向裂开一道几十毫米宽的口子；阀体法兰连接螺丝所采用的是普通螺栓。由于普通螺栓的抗拉强度低，而阀门下部基座固定加强部分又偏小，故一方面应该选用正确计算法兰连接螺丝所承受的应力，选用强度适中的螺栓，同时在闸阀阀体下部加装水泥支墩，分散闸阀所受到的外力，避免再次发生阀体法兰连接螺丝疲劳断裂的事故。另一方面，由于当时将出口闸阀安装在离潜水泵19米以外的地方，这样无形之中对原本受反向水锤压力较大的闸阀又添加了一个较大的正向水锤压力，致使原来刚好可以抗击反向水锤压力的闸阀法兰螺栓无形之中又增加了一个外力的冲击，从而加速了其金属疲劳速度，因此应该再次改造出口阀，使其距离潜水泵位置接近，以减少正向水锤压力。

4.2减小水击压力

减小水击压力也就是要减小阀门安装处迎水面的水击压强，由水力学原理可知，减小水击压强的方法有：减小管内流速、缩短受水击的管道长度、适当延长阀门启闭时间等。在流量一定的前提下减小管内流速，就必须增加管路内径，这就需要重新安装管道，这种方法改造的工期较长，投资较大；适当延长阀门启闭时间，由于厂内排水泵出口闸阀为常开阀，故延长阀门启闭时间这一措施只能在逆止阀上实施，但由于逆止阀的结构造成了调节的困难，经过实践后证明效果并不明显；也可将闸阀改造为电动阀门，同时降低电动阀门转速或改变减速机构的传动比，这就意味着不能采用标准的阀门电动装置，需要重新设计和制造阀门，对单个水电站来说，这种方法也不科学；能否在现有设备的基础上，稍做改动就能达到上述目的，通过对设备的实际布置位置的仔细研究，采用缩短受水击的管道长度这一方法简便可行，只要将出口阀P211、P221和逆止阀移至接近水源端的位置，就可以减少受水击的管道十来米，这一方法投资小，设备改动量也小，效果明显。

综上所述，通过移动排水阀至水源端，减少受水击的管道长度，从而减小该阀门在关闭时的水击压力，并采用高质量的阀门，这样将很好地解决阀门破裂的事故原因，从根本上解决排水闸阀破裂的问题。