大高差矿井水减压阀组设计探讨

之前介绍SY42AX煤矿水管路减压阀应用案例，现在介绍大高差矿井水减压阀组设计探讨本文就某矿山厂区给水系统设计中对于大高差长管重力流这一种特殊输水管线管径的确定、减压阀的选择以及减压阀组的设置进行了探讨。减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的一种阀门，从流体力学的观点来看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。薄膜式减压阀是双膜片代替了内导式减压阀中的活塞，这个增大的膜片面积能够打开更大的主阀，并且在相同的管道尺寸下，其容量比内导式活塞减压阀更大。另外，膜片对压力变化更为敏感，度更高。这种减压阀非常灵活，可以采用不同类型的导阀（例如压力阀、温度阀、空气装载阀、电磁阀或几种阀同时配套适用）。

序号	产品名称	通径  mm	压力 MPA	材质	单位
1	200X水减压阀	100	1.6	球墨铸铁	台
4	软密封闸阀 Z45X	100	1.6	球墨铸铁	台
3	Y型过滤器 GL41H	100	1.6	球墨铸铁	台
4	橡胶挠性接头JGD	100	1.6	铸钢	台
5	法兰式蝶阀 D41X	100	1.6	球墨铸铁	台
6	法兰式截止阀 J41H	100	1.6	铸钢	台
7	法兰式安全阀 A41H	100	1.6	铸钢	台

关键词  输水管线；重力流；减压阀

1  大高差矿井水减压阀组设计探讨 工程概况

该矿山位于河北省秦皇岛市市郊，整个矿山处于一个狭窄的山谷里，地形起伏较大，分采矿区和冶炼区两部分。水源为地下水，水源地在山梁的另一边，打管井两口，由潜水电泵送至山顶高位水池，再由高位水池送至采矿区和冶炼区的各用水点。本次设计为厂区给水设计，包括高位水池到采矿区和冶炼区的输水管线、采矿区和冶炼区的配水管线。

本工程的特点是地形高差较大，高位水池到采矿区距离900m，地形高差80m，采矿区到冶炼区距离1200m，地形高差80m，整个给水干管长2000m，地形高差160m。给水设计主要涉及了三个问题：输水管线管径的确定；减压阀的选择；减压阀组的设置。



2   输水管线管径的确定

采矿区和冶炼区各用水点分布在一个狭窄的山沟里(长约2000m)，总高差160m，环状给水管网实现较困难，确定为枝状给水管网。生产、生活给水管道与消防给水如果分开设置，可以根据各自所需的压力进行减压，但是浪费管材，工程造价高，所以生产、生活给水管道与消防合用。输水管线管径的确定既要满足生产、生活用水的水量、水压，又要满足消防时用水的水压、水量。设室外消火栓，室外消防系统为常高压给水系统，经计算：采矿区不利点消火栓处需要保持的压力为0.37MPa，冶炼区不利点消火栓处需要保持的压力为0.39MPa。故采矿区和冶炼区的给水压力不小于0.4MPa。由于地形起伏较大，管材宜选用焊接钢管。采矿区的生产、生活大时用水量为24.60m3/h，消防用水量为20L/s(72.00m3/h)；冶炼区的生产、生活大时用水量为22.20m3/h，消防用水量为15L/s(54.00m3/h)。输水管线从高位水池到采矿区，再从采矿区到冶炼区，为长管重力流中的串联管路给水，两个管段的直径、流量不变，流量和水头损失关系仍按单管路计算。长管水力计算公式为：

H=AlQ2（１）

式中   H——作用水头，米水柱；

A——比阻，单位流量通过单位长度管道所需的水头(S2/L2)；

l——管长(m)；

Q——通过管段的流量(L/S)。

比阻A，工程上一般采用满宁公式:

式中   n——粗糙系数，钢管为0.012； 

d——管道直径(m)。

经计算：输水管线从高位水池到采矿区的管径为DN150；从采矿区到冶炼区的管径为DN125。经校核能够满足生产、生活及消防用水时水量、水压的要求。



3   大高差矿井水减压阀组设计探讨减压阀的选择

输水管线管径确定以后，由于采矿区和冶炼区的水压均大于0.60MPa，就要考虑选择适合本工程的减压阀。常用减压阀按调节方式可为比例式减压阀和可调式减压阀(分弹簧式减压阀、膜片式减压阀、先导式减压阀、气囊式减压阀等多种)，现对这两种阀门做一下比较详见表。

项目	比例式减压阀	可调式减压阀
结构	简单	复杂
安装方式	宜垂直安装	宜水平安装
价格	较低	较高
特点	1.出口压力不可调。 2.出口压力随进口压力变化而变化，与进口压力有一定的比例关系。 3.在某一出口压力时，流量变化范围较小。 4.有的不减静压，有的能减静压但效果不好。 5.压力损失较大。 6.小流量下有振动、噪声大。	1.出口压力可调。 2.出口压力不随进口压力变化而变化。 3.在某一出口压力时，流量变化范围广。 4.能够减静压而且效果好。 5. 压力损失较小。 6.小流量下无振动、噪声小。
适用场所	1.阀后压力允许波动，对压力要求不高的场所。 2.设计流量在减压阀流量-压力特性曲线的直线段内。	1.阀后压力要求稳定，对压力要求高的场所。

由于生产、生活用水量小，消防用水量大，压要求又较高，平时管道压力损失较小，夜间静压高，用水设备、卫生器具和给水配件容易损坏，影响使用寿命，所以要求选用能够减静压的减压阀。本工程选用一种新型先导式减压稳压阀DY220X，能够满足本工程的要求，它的工作原理：当下游用水点用水时阀后压力稍有降低，主阀上的导阀瞬时将阀后下降的压力信号通过导阀内部压力的作用反馈给主阀的上腔，使上腔压力减小，此时主阀板的开度增大，阀后压力相应增大，当阀后压力回升到导阀调定的压力时，主阀板的开度保持稳定不变，此时阀后压力保持相对稳定。可以看出，该减压阀具有根据阀后压力的变化来自动调整主阀的开度，保持阀后压力稳定的功能，而且阀后压力还可以在一定的范围内调节，阀门前后带有压力表，只需调节先导阀上的调节螺栓，就能获得、稳定的出口压力.

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：蒸汽减压阀,减压阀(气体减压阀,可调式减压阀水减压阀属于直接作用式薄膜弹簧减压阀。主要由调节弹簧、膜片、活塞、阀座、阀瓣等零件组成。利用膜片直接传感下游压力驱动阀瓣，控制阀瓣开度完成减压稳压功能。本产品在城市建筑、高层建筑的冷热供水系统中，可取代常规分区水管，节省设备。也可在通常的冷热水管网中，起减压稳压作用。Y42X弹簧活塞式减压阀调压、稳压动作平稳，适用于水和非腐蚀性液体介质的管路。
安装说明
应在连接管道检验合格后安装。安装前应将阀组上游管道冲洗干净。管道内不得残留有泥沙、石子、焊渣等杂物。并认真检查阀组各组件内部是否清洁。
安装时，给水减压阀组各组件上标示的流向应与管道水流方向一致。
应整机安装不得擅自拆卸阀体原装部件。
水平安装时其阀体呼吸孔应朝下或朝向侧面垂直安装时阀体呼吸孔口应设置于易观察、检查之方向。
前、后压力表表盘的安装可在阀组安装完成后进行。
活塞式减压阀的组件、附件与管道之间的连接和支架的设置应牢固。并在阀组安装完成后、现场调试前将阀组前、后控制阀处于关闭状态。



4   大高差矿井水减压阀组设计探讨减压阀组的设置
平时管道压力损失较小，以减静压为主，同时为了防止阀内产生汽蚀损坏减压阀和减少振动及噪声，在3处设置了减压阀，一处在采矿区前，一处有冶炼区前，另一处在采矿区和冶炼区高差的1/2处。每处的减压阀的阀后压力都设为0.40MPa，阀前大压力为静压时0.80MPa，大压差为0.40MPa。为了提高给水的保证率，减少因停水引起的经济损失，减压阀采用并联设置，一用一备；为了避免管道内的杂质进入减压阀引起减静压失灵，在减压阀前增加了过滤器；为了检修和拆换方便还增加了检修阀门和可曲挠橡胶柔性接头。减压阀组的设置详见图。本工程选用减压阀的小启动压差为0.02MPa，经过校核计算消防时能够保证处于开启状态。



大高差矿井水减压阀组设计探讨 选用原则
减压阀的进口压力波动应控制在进口压力给定值的80-105，如超过该范围水管减压阀的性能会受影响。
通常减压阀的阀后压力Pc 应小于阀前压力的0.5 倍即Pc<0.5P1。弹簧活塞式减压阀的每一档弹簧只在一定的出口压力范围内适用超出范围应更换弹簧。
在介质工作温度比较高的场合般选用先导式活塞式减压阀或先导式波纹管减压阀。
介质为空气或水液体的场合一般宜选用直接作用薄膜式减压阀或先导式薄膜式减压阀。
介质为蒸汽的场合宜选用先导活塞式减压阀或波纹管式减压阀。
为了操作、调整和维修的方便减压阀一般应安装在水平管道上。



5   5  结语
给水系统的可靠性和安全性对一个厂矿企业来说是非常重要的，因为工业给水有它的特殊性，在满足规范要求和使用的前提下应尽量为企业节约资金。本工程已全部竣工，并且通过了单项工程验收，目前给水系统运行正常。在这种大高差长管重力流输水管中给水系统的确定、减压阀的选择是关键，要同时保证生产、生活用水和消防用水的水量、水压，否则将直接影响给水的正常使用。

减压阀的选型原则

    1.明确减压阀在设备或装置中的用途，确定阀门的工作条件，如适用介质、工作压力、工作温度等等；

    2.确定与减压阀连接管道的公称通径和连接方式：法兰、螺纹、焊接等；

    3.根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选减压阀的壳体和内件的材料：铸钢、碳素钢、不锈钢、合金钢、不锈耐酸钢、灰铸铁、可锻铸铁、铜合金等；

    4.确定操作减压阀的方式：手动、电动、电磁、气动或液动、电液联动等；

    5.选择减压阀的种类；

    6.确定减压阀的型式；

    7.确定减压阀的参数；对于自动蒸汽减压阀，根据不同需要先确定允许流阻力、排放能力、背压等，再确定管道的公称通径和阀座孔的直径；

    8.确定所选用减压阀的几何参数：结构长度、法兰连接形式及尺寸、开启和关闭后减压阀高度方向的尺寸、连接的螺栓孔尺寸和数量、整个阀门外型尺寸等。与本文相关的论文：自力式煤气调压阀组​