鄂北地区水资源配置工程3.8 m液控蝶阀生产制造及质量控制研究

贺双健 夏玉龙 蔡新明

摘要：鄂北地区水资源配置工程孟楼-七方倒虹吸有压输水管线使用3.8 m液控蝶阀进行管道连通、检修以及切断水流。介绍了该蝶阀的设计及结构材料，指出了蝶阀生产制造过程中的质量控制要点。蝶阀组装完毕后的各项测试结果表明，技术指标达到设计要求。工程试通水结果显示，设备承受压力和密封性能良好。

关键词：3.8 m液控蝴蝶阀;蝶阀生产;质量控制;鄂北地区水资源配置工程

中图法分类号：TH134 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.11.002

Abstract： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve was used in pressured pipeline of Menglou-to-Qifang inverted siphon of North Hubei Water Transfer Project for pipeline connection， maintenance and flow blockage. The design， materials and structure of the valve were introduced and the main points in the quality controlofthe manufacture process were pointed out. The tests after the installment of the valves showed that the technical indexes met the design requirements. The trail water passing revealed that the valve performed well in pressure bearing and sealing.

Key words： 3.8 m liquid-controlled butterfly valve; manufacture of butterfly valve; quality control; North Hubei Water Transfer Project

鄂北地區水资源配置工程（以下简称“鄂北工程”）以丹江口水库为水源，从丹江口水库清泉沟隧洞起，自西北向东南横穿鄂北岗地，止于孝感市大悟县王家冲水库，输水线路总长269.67 km。工程由取水建筑物、输水明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽、节制闸、分水闸、检修闸、退水闸、排洪建筑物及王家冲水库扩建工程等组成。工程全线自流引水，年均引水7.7亿m3，利用受水区36座水库进行联合调度，设24处分水口，设计供水人口482万人，灌溉面积24.23 万hm2 （363.5万亩）。工程总投资180.57亿元，总工期45个月。？

3.8 m液控蝶阀主要用于鄂北工程孟楼-七方倒虹吸有压输水管线（3 排 PCCP 管）上的管道连通、管道检修以及切断水流。其中：在鄂北工程丹襄段马张河桩号48+400处（1.0 MPa）安装3800Dx7pk41X-16Mn型干管检修阀6台、连通阀2台、旁通路阀门附件8台（双法兰松套传力补偿接头）、前后短管24 m、蝴蝶阀液控站8套、DN300旁通管与旁通阀16套;在夹河套桩号80+600处（1.6 MPa）安装3800Dx7pk41X-10Mn型干管检修阀6台、连通阀2台、旁通路阀门附件8台（双法兰松套传力补偿接头）、前后短管24 m、蝴蝶阀液控站8套、DN300旁通管与旁通阀16套。

1 蝶阀设计

蝶阀所在管道的设计流量为12.67 m3/s，可手动或液压操作，实现现地及远程监控。阀门使用寿命为30 a，大修间隔10 a[1]。当上下游发生事故需切断水流时，阀门采取两段直线关闭，在70 s内从全开关闭至20°，然后在1 800 s内完全关闭。

当管道重启运行时，阀门采取先慢开后快开的两段直线开启，在170 s内从全关开启至20°，然后在1 800 s内完全关闭。

2 结构和材料

（1）阀体采用Q345C钢板焊接工艺制造，阀门具有双向密封性能，关闭时既可以切断水流的正向流动，又可以切断介质的反向流动[1]。

（2）蝶阀活门采用双平板结构，采用Q345C钢板焊接工艺制造，密封面选用橡胶制作，使用不锈钢紧固件和调节压板紧固。阀体密封面选用不锈钢制作，使用寿命长[2]。橡胶密封圈最低使用寿命不得少于5 a。

（3）密封座金属密封面采用不锈钢制成，应能双向承压，橡胶密封圈安装于蝶板上，方便在管道内调节和更换。

（4）阀轴采用2Cr13不锈钢[2]，为2根分别插入阀板中的短轴，其插入阀中的长度不小于轴径的1.5倍，最小直径应满足力矩及有关参数要求。

3 设备制造

3.1 阀体制作

（1）阀体装焊。板件采用数控切割下料。体筒两侧焊接坡口采用大型刨边机加工，数控卷板机卷圆成形，拼接焊缝采用小车式埋弧自动焊焊接。棒料采用锯床下料。轴座筒锻件外协加工。上、下游法兰由板材分段拼焊而成，拼接接头进行100%UT检查。

（2）法兰与体筒装焊。将上、下游法兰与体筒装配在一起，控制三者同心度，形成法兰与体筒的组合件;然后将其固定在大型焊接变位机上，采用埋弧自动焊焊接法兰与体筒之间的两条环向圆周焊缝以及体筒收口纵缝。

（3）第一次无损检测。对法兰与体筒之间的两条环向圆周焊缝及体筒所有纵缝适当清理后，进行100%UT+100%MT检测。

（4）两轴筒座装焊。①在体筒上划出轴孔装配位置线。②检查确认后，采用手工火焰枪割出轴座的装配孔。③装配轴座，保证两轴座端面有足够的加工余量。④采用CO2气体保护焊焊接体筒与两轴筒座之间的焊缝，要求交替焊接以减少焊接变形，焊缝要求清根焊透，保证质量。

（5）第二次无损检测。对轴筒座与体筒之间焊缝适当清理后，进行100%UT+100%MT检测。

（6）划线装配轴座补强板、外围圈筋、法兰筋板、密封座及站脚内侧筋板，然后将工件整体固定到焊接变位机上，采用半自动气体保护焊进行焊接。

（7）中间工序加工。精车两端法兰外圆，车一侧端法兰平面见白，车密封座堆焊基面并进行PT渗透检测。

（8）在工件上装配面板支承弧板、轴筒座面板、吊耳、站脚等，然后将工件整体固定到焊接变位机上进行堆带极焊。

（9）第三次无损检测。对阀体上各种碳钢筋板相关焊缝进行100%MT检测。

（10）将阀体焊接件装入热处理炉中进行整体去应力热处理。热处理温度600 ℃～640 ℃，保温时间2.5～3.0 h，随炉冷却至250 ℃出炉空冷。

（11）第四次无损检测。对阀体上的所有焊缝进行UT+MT复查。

（12）转表面处理。对阀体焊接件进行喷丸处理，然后喷涂底漆。

3.2 阀体机械加工

（1）钳。注意偏心，兼顾轴孔。根据法兰厚度确定轴孔中心线、加工线，检查毛坯尺寸。

（2）车。在数控立车上加工，车一序二序，车法兰平面，粗车精车密封面。通过数控立车对阀体的上下法兰面及内孔上的密封面进行粗精加工，并对密封面进行PT渗透检测，然后通过专用抛光装置进行抛光，保证表面粗糙度达到0.4 μm，保证尺寸精度及表面粗糙度达到设计要求。

（3）检。进行密封面PT渗透无损检测。

（4）镗。在数控落地镗床上粗镗、精镗轴孔，用激光跟踪仪检查轴孔同轴度，镗轴孔端面，铣站脚平面，站脚孔，轴端连接孔等。

（5）钻。通过已加工平面及轴孔兼顾筋板确定法兰孔等连接孔位置线，钻、扩各连接孔。

（6）表处理。打磨，清洗，涂漆，入库。

3.3 阀轴制作

（1）粗加工阀轴，对阀轴进行热处理、粗加工，相关性能检测及无损检测在外购锻造厂家完成。

（2）在车床上精加工，并进行100%PT渗透检测。

4 驻厂监理质量控制

为确保设备生产、制造质量，鄂北工程通过公开招标方式，择优选取监理单位，监理单位派人全程驻厂实施监造，确保设备质量。

（1）制造前质量控制。对设备制造单位报送的开工申请进行审查，审批工艺文件，检测投入设备的生产能力。对试验室资质、人员、设备以及外协单位的资质和生产能力严格把关，并由总监签发开工通知。

（2）原材料质量控制。核查设备制造单位报送的进场报验单，原材料进场必须具有出厂合格证、生产许可证、质量保证书和使用说明。见证抽样，送往具有资质的检验或试验部门复检，复检合格后方可用于生产[3-4]。

（3）外协件、外购件质量控制。驻厂监理工程师现场查验外协件、外购件的材质、型号和规格是否符合图纸及合同要求，检查外观是否完好无缺损。参数、尺寸应符合有关国家标准和行业标准，生产及出厂日期应距进场报验时间较近。外协件、外购件进场必须有出厂合格证、生产许可证、质量保证书和使用说明。检验合格后方可用于生产。

（4）零部件制造过程质量控制。在零部件加工过程中，驻厂监理进行巡视监理。对于关键工序或重要部件的加工，驻厂监理进行旁站监理，确认产品符合质量要求[5]。重要部件或整体装配前，驻厂监理审查包括装配工艺规程、试验规程以及装配进度等在内的设备装配方案，对重要部件或整体装配进行旁站监理，做好记录。

（5）防腐涂装质量控制。涂装材料应符合招标文件要求。材料参数、质量等符合国家标准或其他相应涂装标准，符合标书、设计图样规定。防腐涂装前进行抛丸处理，表面无锈渍、无污渍，且粗糙度达到设计规范和相关标准要求。严格按照规范和标准要求进行涂装，底漆、中间漆、面漆按照图纸和技术要求的厚度涂装。其中，底漆应具备良好的附着力和防锈性能，中间漆应具有屏蔽性能且与底、面漆结合良好，面漆应具有耐久性或耐水性[5]。涂膜固化后应进行外观检验，保证表面均匀一致，无流挂、皱纹、鼓泡、针孔、裂纹等缺陷。

（6）设备性能测试。①蝶阀密封试验，采用自来水作为试验介质， 试验压力为1.1倍阀门最大工作压力，保压120 s，查看轴颈处有无漏水，蝶阀工作密封应无可见泄漏[6]。②阀体强度试验，采用自来水为试验介质，试验压力为1.5倍阀门最大工作压力，保压时间 300 s，受压部件应不产生有害的永久变形、结构损伤及渗漏等异常现象[6]。③旁通管路水压试验，采用自来水为试验介质，试验压力采用1.5倍阀门最大工作压力，保压 120 s，受压部件应不产生有害的永久变形、结构损伤等异常现象，各连接面不允许渗漏。④进行开阀和关阀时间测试、角度测试，液压系统性能试验，位置检测系统性能检测，液压锁定装置投入和退出试验，蓄能器保压试验，蝶阀空载试验，蝶阀手动机械锁定投入与解除动作试验等。

承担蝶阀生产制造的中标企业，测试压力可达30 MPa。利用可视监控系统获得泄漏量的测试数据以及阀门压力逐步升高过程中承压部件高应力区的实际应力变化值，通过与有限元分析理论值对比，可对测试结果进行实际验证。

5 项目法人质量控制

为了确保蝶阀的生产质量及交货工期，项目法人通过招标设计并公开招标优选生产厂家。通过订立合同，对设备型号及规格、技术标准、相关要求、专用技术条款以及质量保质期限、缺陷和维修响应、质量索赔条款等进行约定。通过召开设计联络会，进一步核实、确定设备数量、技术参数、尺寸和安装位置。

在设备生产、制造过程中选派驻厂监理，采取旁站、巡视、跟踪检测和平行检测等方法全程监督、检查设备质量。旁站监理重点包括下料、组装、焊接、机加工及喷锌防腐。关键工序包括进场原材料、铸件检测以及零部件、外购件、外协件的检验。

定期召開驻厂监造工作月例会，各驻厂监理汇报近期工作进展以及当月设备质量管控情况，工程技术部通报一段时间内日常巡查、专项检查，设备出厂验收和现场交货验收、调试、试运行以及初步验收中发现的质量问题，下发问题清单，督促限期整改，并安排布置下步工作。

6 效果分析

鄂北工程16台3.8 m液控蝶阀组装完成后，在工厂内进行了焊缝、油漆厚度、表面附着力等外观检测，对蝶阀、接力器基础尺寸和上、下游接口尺寸等安装连接尺寸抽测，开展了蝶阀密封、阀体强度和管路水压等性能试验，开阀、关阀时间和角度测试，液压系统、检测系统、锁定投入和退出、蓄能保压等试验以及整机预装配、空载运行试验，各项技术指标均达到设计要求。2020年1月2日，3.8 m液控蝶阀经过流量为10 m3/s的试通水检验，设备承受压力和密封性能良好。

参考文献：

[1] GB/T 14478-2012  大中型水轮机进水阀门基本技术条件[S].

[2] JB/T 5300-2008 工业用阀门材料选用导则[S].

[3] SL 544-2011  水利工程设备制造监理技术导则[S].

[4] SL 472-2010  水利工程设备制造监理规范[S].

[5] SDZ 014-1985 涂漆通用技术条件[S].

[6] GB/T 13927-2008  工业阀门 压力试验[S].

（编辑：李 慧）