给水水箱补水电动阀故障及解决方案庄利军

给水水箱补水电动阀故障及解决方案庄利军

庄利军

中国电子系统工程第四建设有限公司上海201103

摘要：工业厂房给排水系统的设计范围比较广，涉及到消防给水系统、生活给排水系统、生产给排水系统、中水系统等。其中给水系统水箱及水池补水的设计非常重要，在补水系统设计中电动阀的控制起到了至关重要的作用。如果电动阀设计或者采购安装时出现问题，整个给水系统的运行就会出现问题。

关键词：工业厂房水池补水、电动阀故障、解决方案

一．故障简述

南京瀚斯宝丽有限公司，是一家著名的以LCD液晶显示屏为主要产品的台资高新电子公司。本次工程属于其三期工程，工程位于江苏省南京市栖霞区新港开发区。该地块南邻恒通大道，北邻恒达路，东邻兴旺路，西邻兴和路，本次三期工程占地面积12万平方米，建筑面积约8万平方米，主要单体包括FAB生产厂房，CUB动力中心，员工活动中心A，员工活动中心B，员工活动中心C及门卫变电所等其他小单体组成。

作为主要设计人员，我参与了本次项目的初步设计，施工图设计，现场设计及竣工图的绘制，并在施工过程中进行项目管理，可以说100%深入该项目的全过程，期间历时一年左右。在整个工程的设计和施工过程中，我遇到了很多棘手的困难与问题，所幸在领导的关怀和同事的帮助下，将问题一一解决。

该项目建筑物多，建筑物性质相差较大。给排水系统比较复杂、全面，主要包括了室内外给水系统、室内外排水系统、室内外雨水系统、室内生活热水系统、室内外纯水系统、工艺冷却水系统、室内外中水系统、室内外废水系统、室内外消火栓系统、室内外喷淋系统、室内气体灭火系统等。本文主要叙述了此给水系统中，所遇到的一个电动阀故障问题，并主要叙述了解决问题的方法和过程。

由于本工程建筑物多，业主要求生活给水系统在每栋单体的屋顶上设置一座生活水箱。由地下室水泵房的生活供水泵向每栋屋顶的生活水箱供水，再由水箱重力供至每层用户点。如果重力供水的压力不足，在水箱出水管上设增压泵供室内生活用水，详见下图给水流程图：

在每个屋顶生活水箱的进水管上设置电动阀门，由液位来控制电动阀的开启，并控制主泵和每台增压泵的启停。由此可见，此系统的关键部件就是电动阀，电动阀直接决定了系统的正常运转和供水稳定性。

此系统的总逻辑控制顺序如下图所示：

简单来说，控制逻辑即为：有任何一个水箱缺水，即开启电动阀门，并启动地下主泵供水；有水箱满水，即关闭其对应的电动阀门；确定只有1个水箱在补水时，当水箱满水，关闭地下主泵，并关闭对应电动阀门。

由此可见，此系统的优点在于，每个单体都有一个独立的屋顶生活水箱供水，水压水量平稳，即使停水或主泵故障，也能延续一段时间供水（本设计中考虑延续4~6小时生活供水量），缺点是管路复杂，造价较高。

此项目施工结束后，运行投产后一个月，生活供水系统第一次出现故障，具体表现在主厂房屋顶电动阀门损坏，无法正常补水。请施工方更换了电动阀后，一个月之后又出现故障。统计结果表示：自从08年8月投入使用以来，到09年4月，生活补水电动阀（7个电动阀）共发生24次故障。

二．故障分析：

此24次故障分别分布在各单体中，如下图所示，主要为：地下泵房回收水池的紧急补水阀7次，CUB栋生活水箱补水阀5次，FAB栋生活水箱补水阀5次，以及其他单体若干，共计24次。

由上图图表可知，发生故障的阀门主要是生活给水系统上的：

⑴地下泵房回收水池紧急补水阀（蝶阀DN100）；

⑵CUB栋生活水箱补水阀（蝶阀DN100）；

⑶FAB栋生活水箱补水阀（二通阀DN50）。

这三个阀门故障次数占总次数的71%，而且这三个阀门的故障情况也各不相同，以下列表对此进行分析：

由图表分析可得：此三个阀门发生的17次故障中，其中13次的现象是执行器轴承断裂，占77%；3次的现象是执行器关闭不严，占17%；1次执行器轴承变形，占6%。

经过以上分析发现，故障情况最多的就是：生活水系统的电动阀门，现象为执行器轴承断裂。

造成执行器轴承断裂，有以下三种原因：

⑴电动阀及其执行器的选型及安装问题；

⑵水系统运转的逻辑控制问题；

⑶水系统的水锤问题。

现对以上三种可能的问题进行分析：

1.电动阀及其执行器的选型及安装问题

此项目电动阀采用了美国霍尼韦尔V4系列对夹式电动蝶阀，以及ML系列电动截止阀，DN50＜管径＜DN150采用V4系列；管径≤DN50采用ML系列。霍尼韦尔电动阀主要参数如下：

V4系列采用的电动执行器型号如下图所示：

DN50~DN100的电动蝶阀，都采用了型号为OM-1的电动执行器，此电动执行器的最大扭矩为35N.M，启闭时间12秒，KV值为109~483m3/h。

由于电动阀实际扭矩很难计算，故在安装后使用扭矩扳手对电动阀进行测试，得出电动阀转动扭矩为35N.M，即是说电动阀所需扭矩=执行器能提供的最大扭矩。所以该执行器扭矩可以满足设计要求。

另外，电动阀及执行器的安装也会产生问题，如下图所示，执行器与阀体固定的螺丝不应该旋的太紧，否则齿轮会被卡住反而无法驱动。

2.水系统运转的逻辑控制问题：

此系统逻辑控制顺序如下图所示：

当缺水时，先开阀门，由于阀门开启至少要12秒才能完全开启，故延时1分钟再打开水泵，为了防止水泵在开启过程中遭到水泵的冲击；同理，在高水位时，先停止运转水泵，待延时40秒后，再关闭对应阀门。经过实际测试，现场情况与此图符合无误。因此，水系统运转逻辑控制没有问题。

3.水系统的水锤问题：

目前可以判断造成电动阀故障的主要原因是系统产生的水锤问题。由于此地下主泵为工频泵，未设气压罐，主泵流量88m3/h，扬程44m。一旦开启，就会产生启泵水锤，对各电动阀造成约4kg的冲击力，一旦停泵，又会对设在地下泵房的回收水池紧急补水电动阀造成停泵水锤的冲击。而各屋顶的补水电动阀的启停，又会造成高点出现空气段，加剧了断流弥合水锤的产生，故必须对此给水系统进行改造，减少各种水锤对各电动阀门的破坏。

本给水系统的改造措施主要有以下3个内容：

1.在地下泵房主管路上设置水锤消除装置。

2.改造管路系统，将地下泵房离主泵最近的一个电动阀-回收水池紧急

补水电动阀的供水由加压供水改造为市政直供，消除了启泵/停泵时水锤对此电动阀的冲击。

3.各屋顶水箱进水管高点增加自动排气阀，防止水管积气。

经过以上措施的实行，大大减少了给水系统的水锤问题。最终解决了此给水系统的电动阀故障问题，之后2年内平稳运行，再也没有出现过电动阀故障问题。

三．结论

1.今后在设计给水系统时，应综合考虑各种系统的优缺点，优先选择更加合理的系统。

2.给水系统应充分考虑启泵水锤，停泵水锤及断流弥合水锤造成的影响，设置水锤吸纳装置，或者能够调节压力的气压稳压罐；防止管道积气。

3.设计管路系统时，应将流速控制在合理范围，按照规范中所规定的数据，尽量取其小值，降低流速，减小水锤影响。

参考文献：

（1）GB50015-2003（2009版）《建筑给水排水设计规范》

（2）美国霍尼韦尔Honeywell阀门选型样本

（3）给水排水设计手册第二册（中国工业出版社）