扬水泵站管道工程闸阀使用情况研究

摘要：盐环定扬黄工程作为重要的灌溉供水工程，其管道闸阀的稳定运行直接关系到灌溉供水的安全性与效率。本文以盐环定扬水管理处泵站管道工程闸阀为研究对象，基于2018年工程更新改造后近7年的运行数据，从闸阀基本情况、运行现状、维修及应急处置情况入手，系统分析闸阀运行中存在的问题及成因，并提出针对性解决措施。研究结果可为同类扬水泵站管道闸阀的维护管理提供参考，对延长闸阀使用寿命、降低维修成本、保障工程稳定运行具有重要意义。

关键词：扬水泵站闸阀；闸阀运行缺陷；闸阀维护措施

引言

盐环定扬黄工程是区域灌溉供水核心工程，2018年更新改造后供水能力提升。管道闸阀作为输水系统关键控制部件，承担调节水流等重要功能，其运行状态影响工程稳定性。近7年运行后，闸阀出现密封面磨蚀等问题，增加维修成本且威胁灌溉供水连续性。本文以该工程闸阀为样本，梳理相关参数与记录，分析问题成因，结合实际提出维护措施，为扬水泵站闸阀高效运维提供指导。

一、扬水泵站管道闸阀基本情况

（一）闸阀数量及类型分布

盐环定扬水管理处泵站及压力管道现有各类闸阀共662台，形成固定资产两千多万元。从功能类型划分，主要包括排气补气阀、检修阀、放空阀、联通阀、调压塔进出水阀、电磁流量计，以及其他管道附属闸阀。各类闸阀分工明确：排气补气阀用于平衡管道内气压，避免气蚀损伤；检修阀用于管道及设备检修时切断水流；放空阀用于管道排空，便于维护；调压塔进出水阀则承担稳定管道压力的功能，共同构成了输水系统的“控制网络”[1]。

（二）闸阀分布及配套设施

从泵站分布来看，8座泵站的闸阀数量及配套压力管道参数存在显著差异。其中，二泵站、三泵站、四泵站、六泵站压力管道距离长，闸阀数量占比合计超过70% 以上。各类闸阀在此承担着关键调控职能：排气补气阀实时平衡管道气压，避免水流冲击形成气蚀；检修阀在设备维护时快速切断水流，保障作业安全；调压塔进出水阀通过动态调节，稳定管道内1.0-1.6MPa的工作压力，防止压力骤升导致爆管。

这些泵站因输水规模大、扬程高，长期高负荷运行下，闸阀的密封性与耐久性面临严峻考验。频繁的启闭操作加剧了密封面磨损，高水压环境加速了阀体疲劳，一旦闸阀出现故障，不仅会导致输水效率下降，还可能引发管道超压、水体泄漏等事故，直接威胁灌溉供水的连续性，对下游农田灌溉及区域用水安全造成严重影响。

二、扬水泵站管道闸阀运行现状及问题分析

（一）运行缺陷及成因

1.闸阀与阀盖连接处泄露

闸阀与阀盖连接处泄露是最常见的缺陷之一，主要表现为法兰联结处渗水。经分析，成因包括三点：一是法兰联结时螺栓紧固不均匀，导致法兰倾斜，密封面贴合不紧密；二是部分闸阀使用年限超过6年，螺栓长期受力后出现屈服变形，配套垫片因老化腐蚀失去弹性；三是管道充水期水流冲击引发震动，长期震动导致闸阀及连接件疲劳，加速密封性能退化。此类问题在二泵站、三泵站、四泵站尤为突出 —— 两泵站管道长度均超过 5000 米，充水时水流扰动大，连接件疲劳速度更快[2]。

2. 阀门密封面渗漏

密封面渗漏直接影响闸阀的水流控制精度，主要成因包括：一是密封圈安装不当或长期使用后脱落，导致与阀板配合间隙增大；二是输水过程中带入的泥沙、杂物卡塞密封面，且高速水流（部分管道流速达1.8m/s）长期冲刷密封面，造成局部磨损；三是部分闸阀密封面未做防锈处理，水流中的盐分（区域水质含盐量较高）加速金属腐蚀，形成不规则凹坑，导致密封不严。例如，六泵站放空阀因频繁使用（年均启闭15次以上），密封面磨损率较其他阀门高30%。

3. 阀体、阀芯裂纹

阀体及阀芯裂纹属于结构性缺陷，虽发生概率较低，但后果严重。主要原因包括：一是部分闸阀铸造、焊接质量不达标，存在砂眼、气泡等先天缺陷，在高压（部分管道工作压力达1.6MPa）下逐渐扩展为裂纹；二是闸阀长期处于高湿度、高盐碱环境（阀井内相对湿度常超过85%），阀体保护层被腐蚀后，锈蚀从内部破坏金属结构，最终导致开裂。2023年二泵站调压塔逆止阀故障排查中发现，3台阀体内壁存在细微裂纹，均与铸造时未完全消除的砂孔相关。

4. 闸阀及阀件锈蚀

锈蚀是影响闸阀使用寿命的关键因素，尤其在地下阀井内的闸阀中普遍存在。成因主要有：一是区域地下水位较高（部分阀井地下水位距井底不足 0.5 米），阀井墙体、盖板渗水后，高盐碱地下水直接侵蚀闸阀；二是阀井空间密闭，湿气无法排出，形成 “高湿小环境”，加速金属氧化；三是部分闸阀出厂时防锈涂层厚度不足（实测仅30μm，低于标准的50μm），且日常维护中未及时处理初期锈蚀，导致锈蚀面积扩大。

5.设计缺陷导致的运行问题

管道排空设计不合理：原设计中放空阀与主管道距离超过10米，且放空管位于管道底部，因盐环定扬水泵站为引黄泵站，长期运行中泥沙易在放空管内沉积，导致停水后无法排空管道存水。四泵站DN400放空阀因淤堵已弃用3台，需定期人工清淤，增加维护成本。

无力矩保护装置：闸阀启闭时，若遇异物卡塞或锈蚀卡顿，力矩会突然增大，但原设计未配备力矩保护装置，易导致阀杆弯曲、阀板脱落。2022年统计显示，因力矩过大导致的闸阀损坏占全年维修量的25%。

（二）应急处置案例分析

1.2020年四泵站调压塔进水阀应急处置

2020年4月，惠安堡变电所跳闸导致二至五泵站失电，四泵站重启机组后，调压塔蓄水池突然外溢，险些冲毁压力管道基础。排查发现，原补水管路封堵钢板焊接质量差，水锤冲击（停机瞬间压力波动达0.8MPa）导致焊缝开裂，钢板脱落。此次事件暴露了闸阀配套构件（封堵钢板）质量管控的漏洞，后续通过更换加固封堵钢板、调整偏心半球阀安装方向（确保逆止功能可靠），消除了同类隐患。

三、扬水泵站管道闸阀维修及费用分析

2020-2024年，管理处累计支出闸阀维修养护费用超过七十万元，维修对象中，调压塔相关闸阀占比42%，排气补气阀28%，放空阀15%。单次维修费用呈上升趋势，若不及时进行处理，2025年以后每年维修费用会逐年增加。

四、扬水泵站管道闸阀维护管理优化措施

（一）规范操作流程，减少人为损伤

优化启闭操作是减少闸阀损伤的基础环节。关闭闸阀时需严格控制用力强度，避免因过度关闭导致阀板与密封面过度挤压，加剧磨损；若发现阀板密封面存在泥沙、杂物卡塞，应先将闸阀开启至1/3开度，借助水流的自然冲击力将异物冲净，再缓慢关闭阀门，防止硬摩擦损伤密封面。同时，需每月对限位装置进行1次检查校准，确保闸阀关闭位置精准，从操作层面减少密封面的无效磨损。

充水期的科学管控同样关键。管道充水时采用“阶梯式升压”模式：初始以0.3MPa压力充水10分钟，待管道及闸阀适应水流压力后，再分阶段逐步提升至1.0-1.6MPa的工作压力。该模式能有效降低水流冲击引发的管道及闸阀震动，减少连接件的疲劳损耗。此措施在二泵站试点后，已使法兰泄露发生率显著下降40%，验证了操作规范的实际效果。

（二）升级材料与防腐工艺，提升抗损能力

在阀体材料选择上，新采购闸阀优先采用球墨铸铁（抗拉强度≥420MPa）或304材质不锈钢，替代原有的灰铸铁，以此显著提升阀体抗裂性能；密封面则选用硬质合金（WC-Co 涂层），其硬度达HRC60以上，可有效增强密封面的耐磨性[4]。

防腐处理方面，采用多重强化措施：表面涂层采用“环氧煤沥青+玻璃布”的一底三布五面结构，干膜厚度≥0.6mm，提升阀体耐盐碱腐蚀能力；对阀杆、阀芯等活动部件进行50-80μm的镀铬处理，并每季度涂抹一次润滑脂，减少锈蚀导致的卡顿；针对渗水严重的阀井（如八泵站1#阀井），增设直径100mm的排水孔并安装50W轴流风机，将相对湿度降至60%以下，从环境源头减少锈蚀。

（三）引入新技术，解决设计与性能短板

针对放空系统设计缺陷，通过三项优化提升实用性：将放空阀与主管道的距离缩短至5米以内，减少泥沙沉积路径；在放空管入口加装5mm孔径滤网，直接拦截输水过程中的泥沙、杂物；将放空管倾斜角度从15°增至30°，借助重力增强排淤能力。2024年四泵站实施该改造后，放空阀淤堵率显著下降70%，大幅降低了清淤维护频率。

为解决力矩过大导致的阀杆损坏问题，在启闭频繁的闸阀（如调压塔进出水阀）上安装智能力矩控制器，根据闸阀型号设定300-500N・m的最大力矩阈值，一旦超过阈值立即自动停机并发出报警，从源头避免机械损伤。试点应用后，因力矩过大引发的故障减少65%。

针对密封面易结垢的问题，与科研院所合作研发特氟龙（PTFE）涂层密封技术，利用其 0.04的低摩擦系数和强耐化学腐蚀性，减少水垢附着。在六泵站放空阀试点后，密封面清洁周期从1个月延长至3个月，降低了维护成本。

（四）建立全周期维护管理体系

构建全周期维护管理体系需从检查、备件、制度三方面协同发力。检查清理方面，推行“季度巡检+年度大修”机制：季度巡检聚焦密封面渗漏、阀杆锈蚀及启闭灵活性，对淤积部位采用3MPa高压水冲洗；年度大修时拆解闸阀，更换老化垫片、轴套等易损件，并对密封面进行研磨修复，从定期维护层面预防故障[5]。

备件储备上，结合闸阀使用频率及易损特性建立专用备件库，按需求储备排气补气阀密封圈（50套/年）、放空阀垫片（30套/年）、逆止阀阀杆（10根/年）等关键部件，确保故障发生时能快速更换，最大限度缩短停机时间。

管理制度层面，建立“一阀一档”档案，详实记录每台闸阀的型号、安装日期、维修记录及部件更换等全生命周期信息；同时明确管护责任人，将闸阀运行状态纳入绩效考核，通过责任绑定提升维护主动性，形成闭环管理。

（五）创新防腐材料应用与工艺升级，强化密封面防护性能

深化与科研院所、生产企业的技术协作，针对引黄灌区高泥沙、高盐碱水质特点，重点突破密封面防冲刷、抗腐蚀及防结垢技术。在传统金属密封材料基础上，推广特氟龙涂层技术，其低摩擦系数（0.04）可减少水垢附着，优良化学稳定性能抵御盐分侵蚀，适配密封面长期受高速水流（流速达 1.8m/s）冲刷的工况。同时，优化复合防腐工艺：密封面先经喷砂处理（Sa2.5 级）增强附着力，再采用“硬质合金基底+特氟龙镀层”组合，底层硬质合金（HRC60 以上）提升耐磨性，表层特氟龙阻隔结垢。六泵站试点显示，该工艺使密封面磨损率降低30%，清淤周期从1个月延至3个月以上，显著减少维护频次与成本。

五、结论

盐环定扬水管理处泵站管道闸阀近7年运行出现密封渗漏、结构锈蚀等问题，多数可通过优化维护、升级材料解决。当前维修费用呈上升趋势，不干预将增加成本；而规范操作等措施，可延长闸阀寿命至10年，降低年均维修费30%。未来建议加强与科研院所合作，研发耐盐碱材料及智能监测技术，推动管理向 “主动预警” 转型，逐步替换老化闸阀，构建可靠运维体系。

参考文献

[1]张鹏飞. 灵台县什字塬片区供水工程泵站和管道施工方案探讨[J].中国水运, 2025, (04): 101-102.

[2]梁四凯,陈明亚,王凯,等. 基于“三级精度”的核电厂闸阀启闭力矩预测技术[J].中国核电, 2025, 18 (01): 66-72.

[3]徐天池,洪君华,尤童平,等. 大规格楔式闸阀的结构设计及优化[J].阀门, 2025, (01): 8-17.

[4]赵嘉逸,高俊峰,崔永硕,等. 基于某锅炉用闸阀闸板面密封失效研究[J].液压气动与密封, 2025, 45 (01): 14-20.

作者简介：白文强，性别：男，民族：回，出生日期：1983.9.12，职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：扬水泵站管道闸阀应用现状问题分析及改进措施。