長距離大管徑輸水管道水錘防護(hù)技術(shù)

【摘要】就現(xiàn)階段來講，水錘現(xiàn)象屬于長距離大管徑輸水管道工程中較為常見的故障問題，一直以來都沒有受到工程單位的重視。為了保證供水系統(tǒng)的正常運行，必須對長距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)技術(shù)加以重視。文中在對水錘防護(hù)技術(shù)的作用和危害進(jìn)行分析之后，探討輸水管道氣水兩相流壓力的特點，并試著提出水錘防護(hù)的優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】長距離；輸水管道；大管徑；水錘防護(hù)技術(shù)

1、水錘防護(hù)技術(shù)的作用

在對長距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計時需要經(jīng)過繁瑣的計算過程方可確定最佳的設(shè)計方案，也是因為水錘計算涉及的數(shù)據(jù)較多，計算困難較大，使水錘防護(hù)不利問題成為長距離大管徑輸水管道中較為常見的問題之一，對工程質(zhì)量和使用性能的影響也是極大的。在泵站建設(shè)系統(tǒng)中將水錘防護(hù)不利的問題作為泵站建設(shè)的首要問題來看待，可見，水錘防護(hù)不利對工程造成的重要影響。

2、水錘防護(hù)不佳的危害

因水錘防護(hù)技術(shù)不佳所引發(fā)的事故類型有很多，且極具危害性，例如，水管破裂事故的發(fā)生會對周邊區(qū)域的供水系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，如果不能采用有效的措施進(jìn)行及時處理，將會導(dǎo)致大規(guī)模區(qū)域的用水情況受到影響，為居民的生活帶來不便；水錘防護(hù)技術(shù)不佳造成的止回閥上頂蓋和殼體出現(xiàn)破損現(xiàn)象，此類問題如果沒有特定的檢修維護(hù)機(jī)制很難及時發(fā)現(xiàn)，會形成大量的水資源浪費，對我國的資源利用率帶來一定影響，較為嚴(yán)重的情況還會使水泵站面臨被淹沒的風(fēng)險。

3、長距離大管徑平坦地區(qū)輸水管道的氣水兩相流壓力特點

針對平坦區(qū)域的長距離大管徑輸水管道而言，從管道的充水階段到運行階段水流可以呈現(xiàn)出六種流態(tài)，分別是層狀、波狀、氣團(tuán)狀、泡沫狀、段塞狀和環(huán)狀。其中的層狀和波狀僅在管道充水階段有所展示，而泡沫狀、氣團(tuán)狀和環(huán)狀均屬于過度流態(tài)，存在的時間相對較短，為此，段塞形態(tài)屬于平坦區(qū)域管道水流的常態(tài)。除此之外，段塞流態(tài)中還存在大氣囊形態(tài)的特例現(xiàn)象，但在實際運行中這種形態(tài)并不常見，管道內(nèi)的水流還是以段塞流態(tài)為主。這就代表管道內(nèi)的氣體存在形式是以獨立氣囊的狀態(tài)為主，這樣才能形成段塞流態(tài)的水流。管道內(nèi)形成氣囊的大小與氣體含量、占水面積和管道內(nèi)經(jīng)的大小存在直接聯(lián)系。

在對相關(guān)資料和實際案例進(jìn)行研究之后可以發(fā)現(xiàn)，輸水管道中所產(chǎn)生的氣囊均會沿著管道頂部隨水流流動，這種情況下，在管道轉(zhuǎn)彎的部位和閥門部門就會產(chǎn)生大量的氣囊聚集，在多個氣囊壓力的作用下極易產(chǎn)生壓力振蕩的現(xiàn)象。國外的相關(guān)資料顯示，當(dāng)管道內(nèi)的氣囊聚集壓力超過200mH2O之后，就具備了破壞管道的能力。因大管徑管道具備摩擦力小的特性，在地勢平坦的條件下，管道運行產(chǎn)生的壓力較低，致使出現(xiàn)突發(fā)情況立即停泵時，管道內(nèi)部會產(chǎn)生負(fù)壓情況，此時的管道末端很容易出現(xiàn)水柱中斷的現(xiàn)象，這也是導(dǎo)致斷流彌合水錘的主要原因之一。為此，對于長距離大管徑輸水管道的水錘防護(hù)工作需要以管道氣囊振蕩、氣爆水錘防護(hù)和斷流彌合水錘方面展開。

4、長距離大管徑平坦地區(qū)輸水管道水錘防護(hù)措施

針對以往的輸水管道水錘防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究之后總結(jié)出以下幾個措施，針對管道中的氣囊壓力問題和斷流彌合水錘問題可以利用恒速緩沖排氣閥的排氣功能對管道內(nèi)的氣壓情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；在水泵的出口位置安裝止回閥；根據(jù)管道內(nèi)部的氣壓情況和水流情況在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b超壓泄壓閥。下就針對幾種水錘防護(hù)設(shè)備的具體安裝設(shè)計進(jìn)行探討：

4.1恒速緩沖排氣閥

資料顯示，在設(shè)置進(jìn)氣排氣閥時，國內(nèi)外的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異，在我國是每0.7-0.8km安裝一個進(jìn)氣排氣閥，而國外則是每0.5-0.6km安裝一個進(jìn)氣排氣閥。為了保證供水質(zhì)量，進(jìn)氣排氣閥的分布標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有實際工程情況而決定，將輸水管道的高程和氣阻作用進(jìn)行充分考慮之后設(shè)定最佳的設(shè)置方案，此外，還可以根據(jù)具體的水錘防護(hù)計算方法來確定安裝方案。通常來講，當(dāng)進(jìn)氣排氣閥僅發(fā)揮排氣作用時，可以將進(jìn)氣排氣閥設(shè)置在管道口徑的1/12～1/8位置，而進(jìn)氣排氣閥在擔(dān)負(fù)進(jìn)氣和排氣作用時，則需要將安裝位置設(shè)定在管道口徑的1/8～1/5處。因平坦區(qū)域的輸水管道在運行時存在壓力小的特性，在實際運行的過程中很容易出先氣阻現(xiàn)象，為此，需要選擇具備恒定速度的排氣裝置，即恒速緩沖排氣閥。恒速緩沖排氣閥在運行的過程中可以為管道內(nèi)的水流提供勻速的動力，可以有效消除管道氣囊集聚和斷流彌合水錘的現(xiàn)象。

4.2緩閉止回閥

近幾年，市場中流通的緩閉止回閥類型較多，使用性能的差異也較大，如果在實際工程中選擇了性能較差的止回閥，不僅無法起到應(yīng)有的緩解作用，還可能直接引發(fā)水錘現(xiàn)象。為此，在緩閉止回閥挑選中也應(yīng)該做足工作。就目前來講，關(guān)閉蝶閥和水泵控制閥相對來講使用性能更加可靠，一般是將關(guān)閉蝶閥用于口徑較小的輸水管道水錘防護(hù)工程中，而水泵控制閥既可以在中型口徑輸水管道中應(yīng)用，又可以在大口徑輸水管道中發(fā)揮作用。

4.3超壓泄壓閥

超壓泄壓閥應(yīng)設(shè)在泵站出水總管起端。輸水管道中間是否需要設(shè)置超壓泄壓閥，需經(jīng)分析計算后確定。超壓泄壓閥的公稱直徑宜為主管道直徑的1/5～1/4，或經(jīng)水力計算確定。超壓泄壓閥的主要作用是當(dāng)管道中發(fā)生水力瞬變流，某點的壓力過高時，在此點的超壓泄壓閥自動打開，泄流掉一定流量，維持管道在此點的壓力，當(dāng)壓力降到安全值后，泄壓閥再自動關(guān)閉。超壓泄壓閥的泄壓值應(yīng)根據(jù)輸水管道的最大使用壓力和管材強(qiáng)度，經(jīng)水力計算確定，泄壓值也可采用最大使用壓力加0.15～0.2MPa確定。

本文主要分析較平坦地區(qū)的一級供水管道的水錘特點及防護(hù)措施的選用。分析考慮管線水力條件最不利情況，即3臺水泵運行時停泵的水力分析。緩閉止回閥快關(guān)時間為4s，關(guān)閉至60°，慢關(guān)時間為116s，閥門完全關(guān)閉，水錘計算表明，突然停泵后管道全線多處出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象，管道爆管危險很大。由此可見，排氣閥的選擇及為重要，排氣閥必須滿足在任何壓力、任何流態(tài)下均可做到連續(xù)大量排氣，保證管道在充水后以及以后運行中不積存氣體，是保證管道安全運行的重要條件。

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