沈陽市蘇家屯區污水處理廠中水管網工程水利計算及分析

摘 要：以沈陽市蘇家屯區污水處理廠中水管網工程為對象，進行長距離供水管線水力計算和水錘分析，在水錘產生點加設防水錘型空氣閥，消除水錘現象，再次計算后，證明防水錘型空氣閥確實可以消除水錘。

關鍵詞：長距離供水管線 水錘計算 水錘防護 緩沖空氣閥

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-0-01

1 工程概述

1.1 基本工程情況

本工程輸水管線采用壓力流輸水，管道全長7141 m。管線首端高程為31.720 m，末端高程為33.48 m，沿線高程變化不大，管線較平坦。輸水管徑DN1200，采用玻璃鋼管，壁厚43.5 mm，管道承壓值為0.6 MPa。管道末端有4 m的富裕壓力。泵站位于管線起端。

1.2 泵站基本資料

初步設計泵站內均采用五臺泵組合運行，SN350-M27-/255型泵4臺，三用一備；SN300-M27-/251型泵1臺。水泵的具體計算參數如下：水泵：SN350-M27-/255型4臺；水錘波速：C=500 m/s（DN1200 mm玻璃鋼管）；水泵揚程：18 m；水泵流量：Q=1331-665 m3/h；水泵：SN300-M27-/251型 1臺。水錘波速：C=500 m/s（DN1200 mm玻璃鋼管）；水泵流量Q=948-474 m/h。

1.3 水利計算內容

歷來大量的工程實踐證明，當管道受管坡、管壁粗糙度變化以及彎管、變徑各類管道配件的影響時，管道中的氣體尤其是以氣囊形式存在于有壓管道的氣體，它們在隨水流動的過程中，時而分散時而聚合，氣囊兩端壓差不斷地隨機改變，于是引發壓力震蕩，甚至產生斷流彌合水錘，引發爆管。氣囊引起的氣爆壓力最高可達20～40個大氣壓，其破壞力相當于靜壓40～80個大氣壓，足以破壞任何供水管道。本著保證管線運行安全、避免水錘事故的宗旨，對本輸水系統在運行過程中可能出現的水錘問題進行計算、預測分析，并確定合理可靠的水錘防護措施，從而減少經濟損失。

2 非穩定流工況水錘計算與分析

壓力管道停泵水錘計算水力模型目前主要有三種，即無水柱中斷，特殊點水柱中斷和任意點水柱中斷。原水錘計算中采用的是特殊點水柱中斷水力模型，與實際工程有較大差別。我們計算采用的是更符合實際工況的任意點斷流水錘數學模型。

根據《室外給水設計規范》要求，在管路中每隔800～1000 m處，并考慮在管線凸起處安裝排氣閥的原則。管路中的排氣閥可采用恒速緩沖排氣閥和普通排氣閥兩種。

2.1 方案一 每隔1000 m安裝普通排氣閥

先假定水泵出口處緩閉止回閥快關完成后對應的角度為20°時，改變緩閉止回閥的不同快慢關時間情況下管路壓力的變化情況。分別是緩閉止回閥關閥時間為：（a）快關5 s、慢關60 s；（b）快關10 s、慢關60 s；（c）快關5 s、慢關90 s；（d）快關10 s、慢關90 s；（e）快關5 s、慢關120 s；（f）快關10 s、慢關120 s的最大水頭包絡線和最小水頭包絡線。

由計算結果可知，每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在緩閉止回閥不同快慢關時間下，水錘升壓情況基本相同，有三段管段的水錘壓力超過管道承壓線。

總結：管路沿線每隔1000 m安裝排氣閥方案中，安裝普通排氣閥有三段管段超出管道承壓值，因此還要在此基礎上增加其它措施來降低水錘壓力。

最后選定的關閥時間為快關10 s，慢關時間120 s，快關完成后對應的角度為30°。

2.2 方案二 每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在水泵出口處安裝箱式調壓塔

在確定緩沖排氣閥快關時間10 s，慢關時間120 s，快關完成后對應的角度是30°，緩沖排氣閥緩沖閉合流速為0.5 m/s后，采取在水泵出口處安裝箱式調壓塔最大水頭包絡線和最小水頭包絡線。

由計算結果可知，在每隔1000 m安裝緩沖排氣閥的基礎上，且在水泵出口處安裝箱式調壓塔，可以使管道壓力降到承壓值范圍內。

總結：方案二采取的措施是每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在水泵出口處安裝箱式調壓塔，能使管道的壓力在承壓值允許的范圍內，因此采用該方案是合理的。

3 結語

經我們計算，本設計在穩定運行工況具有足夠的安全度，但在突然停泵的水力過渡過程中，必須采取合理的水錘防護措施才能保證安全。無任何防護措施時，最大水錘升壓可達250 m水柱以上，防護不當壓力升高的可達150 m水柱，這些都足以使管道產生爆裂。本系統停泵水錘防護關鍵是防止管道多處斷流彌合水錘。通過對以上各個工況下的比較，結合工程實際，建議本工程中管路沿線每隔1000 m安裝恒速緩沖排氣閥，規格為DN150，且緩沖排氣閥的排氣速度為0.3～0.8 m/s，在水泵出口處緩閉止回閥的關閥時間為：（a）快關5 s、慢關60 s；（b）快關10 s、慢關60 s；（c）快關5 s、慢關90 s；（d）快關10 s、慢關90 s；（e）快關5 s、慢關120 s；（f）快關10 s、慢關120 s，均可。快關完成后對應的角度為30°。該排氣閥保證管道任何壓力時恒速排氣，使斷流彌合水錘升壓最低，且能夠水氣相間排氣，具有最佳的斷流水錘防護功能。在水泵出口處安裝箱式雙向調壓塔，調壓塔的規格為DN400。

參考文獻

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