電站閥門(mén)廠家北高科集團(tuán)技術(shù)部整理，近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展、新材料的出現(xiàn)，國(guó)外已成功開(kāi)發(fā)一種新型閥——電站閥門(mén)。電站閥門(mén)由彈性氯丁橡膠加人造纖維經(jīng)特殊加工而成，形狀類似鴨嘴。在內(nèi)部無(wú)壓力情況下，鴨嘴出口在本身彈性作用下合攏；隨內(nèi)部壓力逐漸增加，鴨嘴出口逐漸增大，保持液體能在高流速下排出。電站閥門(mén)與目前工程中常用的拍門(mén)、電站閘閥相比具有較多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于城市、工廠排水和泵站出水等工程中，在部分電廠工程中也有使用，如英國(guó)的Weymouth排放口、香港特區(qū)新界排放口等電廠工程中均安裝了電站閥門(mén)。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)及一定的物理模型試驗(yàn)，簡(jiǎn)要分析了在電廠工程中使用電站閥門(mén)的利與弊及電站閥門(mén)在電廠工程中的適用條件。

1　電廠工程中使用電站閥門(mén)的利與弊

1.1　優(yōu)點(diǎn)

（1）維持較高的射流速度。傳統(tǒng)電廠工程中噴口為固定口徑，則噴口射流流速隨流量的增加而呈線性增加，當(dāng)排放口排放量較小時(shí)，噴口射流流速較低；電站閥門(mén)的出口面積隨排放量的增加而增大。因而，在排放量較小時(shí)，其射流流速增加很快，當(dāng)流量增大到一定值時(shí)，射流速度的增加與流量的增加趨向于線性關(guān)系。所示為同樣條件下單孔排放口裝設(shè)固定噴口與電站閥門(mén)的射流速度隨排放量增加而變化的比較。由可見(jiàn)，裝設(shè)電站閥門(mén)后的射流速度明顯高于固定噴口的射流速度，在排放量較低的情況下，裝設(shè)電站閥門(mén)的排放口仍能有較高的射流速度。

　單孔排放口裝設(shè)固定噴口與電站閥門(mén)射流流速的比較

（2）防止海水和泥沙入侵。海水與排放的污水存在一定的密度差，當(dāng)污水排放量較小時(shí)，傳統(tǒng)排放口擴(kuò)散器由于噴口射流速度減小，此密度差將會(huì)引起海水入侵?jǐn)U散器，并將海底環(huán)境泥沙帶入擴(kuò)散器［3］。而電站閥門(mén)出口隨出流量的變化而變化，排放量為零時(shí)閉合，而且在排放量較低的情況下能維持較高的射流速度，因此防止了海水和環(huán)境泥沙的入侵。

（3）有利于排放管沖洗。在排放口初次運(yùn)行或停止使用一段時(shí)間后使用時(shí)，擴(kuò)散器內(nèi)充滿了海水，對(duì)傳統(tǒng)排放管來(lái)講，當(dāng)污水沖洗流量逐漸增加時(shí)，污水一般是先從近岸第一根上升管排出，遠(yuǎn)岸上升管則會(huì)發(fā)生海水倒灌而形成擴(kuò)散器內(nèi)的海水循環(huán)現(xiàn)象；只有當(dāng)污水排放量達(dá)到一定的值時(shí)，上升管才逐漸開(kāi)始全部排放污水，并清除擴(kuò)散器管內(nèi)海水。當(dāng)排放管上裝設(shè)電站閥門(mén)時(shí)，同樣條件下排放量很小時(shí)，污水便能從所有上升管排出，隨排放量的逐漸增加，管底的海水逐漸被卷吸排出。

（4）在一定的條件下，可獲得更高的稀釋度。對(duì)相同環(huán)境條件單噴口擴(kuò)散器進(jìn)行模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同向水流中水平射流情況下，裝設(shè)電站閥門(mén)比裝設(shè)固定噴口能獲得更高的污水稀釋度。

（5）不腐蝕。對(duì)于不常使用的排放口（如緊急排放口）來(lái)說(shuō)，在噴口上裝設(shè)活動(dòng)拍門(mén)或其它防止回流設(shè)施是必要的。但是，金屬構(gòu)件長(zhǎng)期淹沒(méi)在海水中，易產(chǎn)生銹蝕和海洋生物繁殖現(xiàn)象，使排放口不能正常運(yùn)行，給維護(hù)帶來(lái)不便。電站閥門(mén)是由橡膠特殊處理加工而成，避免了銹蝕的威脅。

1.2　缺點(diǎn)

（1）增加工程造價(jià)。因?yàn)殡娬鹃y門(mén)加工工藝復(fù)雜，目前世界上只有少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)合乎使用要求的產(chǎn)品，并根據(jù)具體工程而定制，因此售價(jià)昂貴。

（2）增加擴(kuò)散器水頭損失。為同樣條件下單孔排放口裝設(shè)固定噴口與電站閥門(mén)的水頭損失比較圖。由可見(jiàn)，裝設(shè)電站閥門(mén)后的水頭損失基本上是裝設(shè)固定噴口的2倍，這樣增大了排放口的能耗，增加了常年運(yùn)行費(fèi)用。

　單孔排放口設(shè)固定噴口與電站閥門(mén)水頭損失的比較

1.3　電站閥門(mén)在電廠工程中的適用條件

對(duì)電廠工程中應(yīng)用電站閥門(mén)，應(yīng)根據(jù)具體工程特點(diǎn)，通過(guò)分析確定。綜合國(guó)內(nèi)外研究及同濟(jì)大學(xué)多年的模型試驗(yàn)成果，認(rèn)為海水、環(huán)境泥沙入侵及沖洗困難常出現(xiàn)在下述條件下：

（1） 海水與排放污水的密度差較大；

（2） 上升管高度較大；

（3） 出流密度弗勞德數(shù)較小。對(duì)于污水與海水的密度差較小、上升管高度較低的電廠工程，只要設(shè)計(jì)合理并能長(zhǎng)期正常運(yùn)行，一般不會(huì)發(fā)生海水及環(huán)境泥沙入侵現(xiàn)象，沖洗也不存在問(wèn)題。

綜合上述分析，考慮工程造價(jià)和長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用因素，電廠工程中電站閥門(mén)的適用條件為：

（1）污水與海水的密度差較大的深水排放口，且上升管高度較高；

（2）不經(jīng)常運(yùn)行的排放口，如緊急排放口。

2　電廠工程中應(yīng)用電站閥門(mén)的分析

2.1　原設(shè)計(jì)簡(jiǎn)況

奉浦電廠工程為采用頂管法施工的隧道式排放口，擴(kuò)散器長(zhǎng)度為200m，管徑1.6m，設(shè)14根上升管，上升管內(nèi)徑為23.9cm，上升管距擴(kuò)散器中心線的高度約為7.0m～8.0m之間。原設(shè)計(jì)方案采用了電站閥門(mén)，因成本因素原設(shè)計(jì)擬在每個(gè)上升管上安裝1只電站閥門(mén)；因?yàn)閹е庑螐澒艿碾娬鹃y門(mén)成本約為不帶彎管的近2倍，因此同樣是成本因素，設(shè)計(jì)中采用了不帶彎管的電站閥門(mén)，即電站閥門(mén)噴口豎直向上。

排放口處的杭州灣海域具有低鹽的特性，鹽度為10%～20%，2月份為全年鹽度最高值，8月份為全年最低值，但鹽度的年變化范圍較小，為0.3%～0.4%。從此鹽度值情況可知，該排放口的污水與海水間的密度差相對(duì)較小。

2.2　應(yīng)用電站閥門(mén)與多噴口噴頭的比較

從電站閥門(mén)的特點(diǎn)和適用條件可以看出，緊急排放口中應(yīng)用電站閥門(mén)是有必要的和合理的。以下僅對(duì)正常排放口應(yīng)用電站閥門(mén)進(jìn)行一些分析，分析中以目前國(guó)內(nèi)外類似電廠工程中常用的上升管上安裝多噴口（射流角度基本水平）噴頭的排放口作比較。應(yīng)用電站閥門(mén)方案按工程可接受的造價(jià)水平考慮，即每根上升管安裝單只豎直向上的電站閥門(mén)。

（1） 污水稀釋擴(kuò)散性能。當(dāng)電站閥門(mén)豎直向上安裝在上升管上時(shí)，由于環(huán)境水深較淺，采用電站閥門(mén)使射流流速增大，污水尚未得到完全擴(kuò)散便到達(dá)水面，因此不利于污水的稀釋。根據(jù)模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，污水射流會(huì)很快沖到水面，引起垂向流態(tài)的失穩(wěn)，形成明顯的翻滾現(xiàn)象，由于垂向環(huán)流的作用將已經(jīng)混合的污水又帶入羽流參加新的摻混，影響初始稀釋度。經(jīng)過(guò)物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算表明，電站閥門(mén)豎直向上安裝時(shí)，污水上升到水面時(shí)的稀釋度僅為10左右。上升管上安裝多噴口噴頭，水流從噴頭處射流水平排放，增加了污水與環(huán)境水頭的摻混，有利于污水的稀釋擴(kuò)散，是近年來(lái)通過(guò)研究認(rèn)為適用于淺水域污水排放的最佳形式。根據(jù)物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型計(jì)算，本工程安裝多噴口噴頭時(shí)，污水上升到水面的稀釋度可達(dá)200～250。

電站閥門(mén)豎直向上安裝時(shí)在水面形成的翻滾現(xiàn)象

（2） 防止海水和環(huán)境泥沙入侵。采用電站閥門(mén)可有效防止海水和環(huán)境泥沙入侵。多噴口擴(kuò)散器為了防止海水及環(huán)境泥沙入侵，要求射流密度弗勞德數(shù)大于1。對(duì)于本工程來(lái)說(shuō)，由于海水與污水密度差較小，上升管高度不大，只要擴(kuò)散器設(shè)計(jì)合理，排污量正常，一般射流密度弗勞德數(shù)遠(yuǎn)大于1，不會(huì)發(fā)生海水和環(huán)境泥沙入侵現(xiàn)象，而且排放管沖洗也不存在問(wèn)題。

（3） 擴(kuò)散器管內(nèi)淤積。根據(jù)試驗(yàn)研究，采用電站閥門(mén)可使得上升管出流量沿程更均勻，對(duì)于深水排放口來(lái)說(shuō)，這是有利的，更符合深水排放的一般設(shè)計(jì)要求。但是，當(dāng)污水中泥沙濃度較高、排放量較小時(shí)，由于擴(kuò)散器尾部管內(nèi)流速較小，易形成嚴(yán)重的泥沙淤積，甚至淤堵。而采用多噴口噴頭形式擴(kuò)散器，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理上可采用靈活措施，如上升管噴口不均勻分配（遠(yuǎn)岸上升管噴口數(shù)多于近岸）或封堵近岸上升管噴口，可增加擴(kuò)散器尾部管段的流速，降低淤積厚度，防止泥沙淤堵。

（4） 水頭損失。采用電站閥門(mén)的排放口由于增加了出口局部阻力系數(shù)而增大了水頭損失，與采用多噴口噴頭的排放口相比，水頭損失的增加雖不會(huì)達(dá)到所示的2倍，但增加的水頭損失值也是可觀的。因?yàn)樗�頭損失的增加，就要求增大高位井的高度、增大水泵的揚(yáng)程，從而增加了工程造價(jià)和常年運(yùn)行費(fèi)用。

（5） 維修與維護(hù)。據(jù)廠方資料，電站閥門(mén)由于避免腐蝕，可長(zhǎng)期使用，一般不用維修與維護(hù)。多噴口噴頭排放口如果設(shè)計(jì)合理（考慮防腐措施），并能保持正常運(yùn)行，一般也不需要維修與維護(hù)。如上海竹園排放口（1993年12月通水）、上海星火開(kāi)發(fā)區(qū)排放口（1993年3月運(yùn)行），于1998年分別進(jìn)行了潛水檢查和取出噴頭檢查，發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)行的噴頭無(wú)腐蝕現(xiàn)象，噴口處基本無(wú)海洋生物寄生；國(guó)外資料也表明能保持正常運(yùn)行的排放口不存在海洋生物寄生封堵噴口的問(wèn)題。

（6） 工程造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)。電站閥門(mén)本身的價(jià)格昂貴，再加上額外的水頭損失，則在工程造價(jià)和常年運(yùn)行費(fèi)用上，使用電站閥門(mén)比采用多噴口噴頭要高。

綜上所述，奉浦電廠工程按原設(shè)計(jì)方案使用電站閥門(mén)弊大于利，可考慮采用多噴口噴頭取而代之。即使使用電站閥門(mén)，也應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整原設(shè)計(jì)中的電站閥門(mén)方案，如增加電站閥門(mén)的數(shù)量及將電站閥門(mén)出流方向改為水平等，以充分利用電站閥門(mén)的優(yōu)點(diǎn)。

3　結(jié)語(yǔ)

電廠工程中使用電站閥門(mén)，具有防止海水和泥沙入侵、利于排放管沖洗、在一定條件下提高污水稀釋度以及抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于海水與污水密度差較大、且上升管高度較大的排放口，也可用于不常使用的緊急排放口。由于電站閥門(mén)所具有的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)增加工程造價(jià)和水頭損失而換得的，因此電廠工程中對(duì)電站閥門(mén)的應(yīng)用應(yīng)慎重考慮，應(yīng)根據(jù)具體工程綜合分析利弊后確定使用與否