高揚程大起伏地形長距離輸水工程水錘防護實例研究

韓建軍　陳立志　施童　蘇泉　刁美玲

摘 要：針對我國某長距離壓力輸水工程，通過不同防護設備方案比選對管道進行水錘防護實例研究。結果證明，在高揚程大起伏地形長輸管線中，以空氣閥作為必備的基礎防護措施，合理設置抗水錘氣壓罐可有效保證高揚程大起伏地形長距離輸水工程的管道運行安全。

關鍵詞：壓力長輸管道；高揚程；大起伏地形；水錘

引言

長距離輸水工程作為一種解決缺水地區水資源問題的重要方法，已在多處地區使用，但長距離有壓輸水管道中水錘現象經常發生，尤其高揚程大起伏地形長輸管線更易產生水錘，由此造成的損失及傷害不可估量。因此，現針對高揚程大起伏長距離輸水工程的特點進行水錘防護實例研究。

1 工程概況

某長距離壓力輸水工程全長13km，最大落差135m，蓄水池水位515m，吸水前池水位512m。管線起伏大，高點處易發生斷流空腔水錘及斷流空腔再彌合水錘。穩態計算結果管線建議承壓能力為1.0～2.8Mpa，如圖1所示，經分析，全線自由水頭均在承壓范圍之內。

2 水錘防護方案的對比研究

本工程實例中主要采取兩種水錘防護方案，單向調壓塔方案和抗水錘氣壓罐方案（以下簡稱“氣壓罐方案”），這兩個方案均以空氣閥為必備基礎防護措施。

首先，在無任何水錘防護措施的情況下，根據電算成果繪制出此工況下的壓力包絡線，全線多處出現負壓，如圖1所示。

圖1 管線無水錘防護壓力包絡線 圖2空氣閥位置圖

根據該工程揚程高、落差大等特點及以往工程經驗，為了水錘防護及通水，在管線坡峰處設置三級緩排式空氣閥，在管線起伏不大處設置復合式空氣閥作為水錘防護基礎措施。本工程共設置復合式空氣閥10處，三級緩排式空氣閥7處。

由圖2分析可知，復合式空氣閥及三級緩排式空氣閥不能有效緩解管線負壓問題，當發生停泵水錘時，整個輸水管路沿線仍多段出現水柱拉斷現象，不滿足水錘防護計算要求，需增加水錘防護設備，以保證管線安全運行。

2.1 單向調壓塔方案

由于該工程具有高揚程、大起伏的特點，水錘現象很嚴重，經過分析，共設置四處單向調壓塔。如表1所示。

單向調壓塔可以解決管線中大部分的負壓問題。但是局部高點仍然會出現斷流問題，因此管道運行存在一定隱患，需要采取進一步防護措施。如圖3所示。

2.2 氣壓罐方案

在水泵出口處設一個體積為6m3，充存壓力1100kpa的氣壓罐，與管道連接管的口徑DN250m，兩階段閥關閥時間第一階段為3s，由全開至90%；第二階段為5s，由90%至全關。計算結果如圖4所示。通過設置氣壓罐可有效降低管道內的負壓。

2.3 方案對比

如表2、表3所示，單向調壓塔可有效緩解高揚程長距離的輸水管道中的水錘降壓，但需要兩階段緩閉止回閥關閥時間較快，對閥門要求較高。一般閥門較難實現。相對而言，氣壓罐則既可以防止負壓又可以防止低壓，抗水錘性能全面、應用靈活、安全可靠、運行維護方便，且關閥時間相對于單向調壓塔慢。

表2 單向調壓塔與氣壓罐方案壓力包絡線對比結果

表3 單向調壓塔與氣壓罐方案對比結果

3 結束語

綜上所述，在高揚程大起伏長距離的輸水管道中將空氣閥及兩階段緩閉止回閥進行合理設置，并在將其作為基礎的水錘防護措施設備的基礎上，利用氣壓罐作為主要的水錘防護措施，可有效減小水錘帶來的危害。

參考文獻

[1]金錐，姜乃昌，汪興華，等，停泵水錘及其防護（第2版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：韓建軍（1972-），男，本科，總工程師，主要從事工程管理。