高揚程水泵小起伏長輸水管線水錘防護方案優選案例分析

唐迪+張鑫+王婷婷+龐鍇鋒

摘 要：本文通過對四種方案進行事故停泵有水錘防護設備模擬，計算結果可知只有方案三不滿足水錘防護要求，其他三種方案滿足水錘防護要求。最終通過技術比較確定在水泵出水口母管安裝一個氣壓罐和水力式止回閥，氣壓罐和止回閥配合使用增加管道水錘防護安全性，即使其中一個失靈另個還可以緩解水錘危害，能提高供水安全性，而且氣壓罐體積相對不大又可節省成本。

關鍵詞：長距離輸水 高揚程 停泵水錘 兩階段緩閉止回閥

1.引言

高揚程水泵小起伏長輸管線工程的特點是揚程高，管線靜壓大，易發生重大水錘事故，是對現有水錘防護設備的重大考驗。該發電廠供水工程輸水管道水錘防護是在安裝空氣閥的基礎上在水泵出口處設置兩階段緩閉止回閥，通過兩階段緩閉止回閥的快關和慢關來進行水錘防護，但是通過模擬多種關閥方案，全線最大壓力（自由水頭）均未超出正壓上限（1.3倍承壓能力），但局部管線負壓仍未緩解，不滿足水錘防護要求，所以該類工程如何科學合理、經濟的組合水錘設備是該工程研究的重點。

2.工程概況

本工程采用浮船泵站取水，經一體化凈化間處理后，由一級加壓泵站加壓送至高位水池，再由高位水池重力自流至電廠貯水池。本工程近期輸水流量為0.056m3/s，遠期輸水流量為0.095m3/s。輸水管線總長度約為78km，其中加壓段管線的長度約為71km，水泵設計揚程為675m，管徑為DN450mm，管材為涂塑鋼管；自流段管線的長度約為7km，管徑為DN300mm（5.5km）、DN350mm（1.44km），管材為鋼管。

3.水錘防護方案優選

3.1方案一（氣壓罐+兩階段緩閉止回閥）

水泵出水口母管安裝一個氣壓罐，氣壓罐體積30m3，充存壓力為5500KPa，連接管口徑250mm，鏈接管長度不大于10m。在各水泵出口安裝兩階段止回閥，關閥分為兩階段，第一階段關閥時間5s（全開→80%），第二階段關閥時間10 s（80%→全關）。進行事故停泵有水錘防護設備模擬，計算結果如圖1可知滿足水錘防護要求。

3.2方案二（調壓塔+兩階段緩閉止回閥）

在樁號5 8+ 0 8 0、5 9 + 5 2 0、63+305、67+530四處設置調壓塔，其中58+080、59+520兩處的調壓塔直徑為3m，63+305、67+530兩處直徑為4m。在各水泵出口處安裝兩階段緩閉止回閥，第一階段關閥時間5s（全開→80%），第二階段關閥時間10s（80%→全關）。進行事故停泵有水錘防護設備模擬，計算結果如圖2可知滿足水錘防護要求。

3.3方案四（氣壓罐+水力止回閥）

在水泵出水口母管安裝一個氣壓罐，氣壓罐體積8m3，充存壓力為5500KPa，連接管口徑為250mm，連接管長度（氣壓罐連接口至水泵出水母管）不大于10m。在各水泵出口處安裝水力式止回閥，止回閥隨水倒流而自動關閉。進行事故停泵有水錘防護設備模擬，計算結果如圖4可知滿足水錘防護要求。

4.方案優選

下面分析比較方案一、二、三、四。方案一：水錘防護效果較好。氣壓罐設置在泵站附近，管理方便。由于水泵倒流時間變短，需要兩階段緩閉止回閥關閥時間很短，但超出普通兩階段止回閥關閥時間范圍。若使用兩階段緩閉止回閥配合氣壓罐方案，則需氣壓罐體積提高，成本增加。使用氣壓罐和兩階段緩閉止回閥即“雙重保險”提高了水錘防護的安全性，其中一個防護設備拒動，另一設備可以起到一定的水錘防護作用。該方案安全性較高。方案二：地形易限制調壓塔的設置，調壓塔位置所需地勢相對較高、體積大、成本較高，并且需要考慮冬季保溫等問題，不利于管理，但水錘防護效果較好。單向調壓塔只能防負壓，不能防正壓。故不建議采用此方案。方案三：最小水錘壓力不滿足要求。且規范建議水泵揚程20m以上應采用緩閉止回閥，本方案中快速關閉止回閥無緩閉功能，不滿足規范非強條要求。壓力波動預止閥的動作值設置靈敏度對水錘防護效果影響極大，防護性差。方案四：水錘防護效果最好。氣壓罐和止回閥配合方案可以彌補方案一中氣壓罐體積過大的缺點，同時提高供水安全性。由以上分析建議采用方案四。

5.總結

高揚程水泵長距離輸水管路系統在設置氣閥基礎上通過設置各種水錘防護設備進行全線事故停泵水錘防護模擬，本文通過四個方案比較選用氣壓罐和止回閥配合的方案，氣壓罐和止回閥配合使用增加管道水錘防護安全性，即使其中一個失靈另個還可以緩解水錘危害，能提高供水安全性，而且氣壓罐體積相對不大又可節省成本，可供類似工程參考。

參考文獻：

[1]陳立志，李秀琦，梁伯雄，等.氣壓罐在長距離輸水工程中水錘防護特性研究[J].黑龍江水利.2015（1），21-23.

[2]董玉娥.大流量大高差重力流輸水過程的水錘防護研究[D].長安.長安大學，2014.