長距離輸水管道中減壓措施的探討

楊杰 李倩

【摘要】十三五期間，為緩解城市用水，興建了許多長距離的調水工程，用來緩解水的供需矛盾。在管道運水過程中，采取了將管線適當分段設減壓消能設施和適當延長閘、閥關閉時間，進行管道減壓以保證管道安全。本文主要分析長距離輸水管道中減壓措施。

【關鍵詞】長距離；輸水管道；減壓措施

前言

進入十三五后，社會經濟水平發展迅速，人們的生活水平極大提高，對水的需要量也在不斷的加大，而我國水資源較缺乏，經常需要進行長距離調水。管道輸水方式，具有一些優點，可以根據地形條件進行鋪設，不但節約能源、而且水質不易被污染、漏損小、 線路布置靈活、造價較低。但是這種輸水方式需要考慮管道的安全運行，因為在輸水過程中，由于利用天然地形落差靠重力流輸水， 當運行中的管道在突然關閉閘、閥時， 會產生水錘現象， 當水錘壓力超過管道的允許承受的壓力時， 管道就會破壞， 需要采取有效措施以降低管道工作壓力。

1.長距離輸水管減壓措施

當有壓管道中的水流速度因為外界的某種原因而發生劇烈的變化時，液體內部壓強將因此而產生迅速交替現象，這種交替升降的壓強作用在管壁、閥門或其他管路元件上就像錘擊一樣，故稱為水錘。城市供水保證率要求高， 供水安全問題被社會廣泛關注， 做好水錘防護是保障長距離壓力管道工程安全的關鍵。

1.1工程預防措施—管道分段

管道分段即是把一條長管道分割為若干段不連續的管道，在每一個管道的末尾部分設置閘閥和消能設施，這樣就能夠起到較好的分壓作用，大大減小了水錘的壓力，從而減少管道的工作壓力，而且減壓設施也能夠消除因為管道設計存在的問題而產生的剩余水頭。

在長距離輸水壓力管道中，設置調壓室、減壓池縮短壓力管道是常用的減小水錘壓力的措施。重力流壓力管道輸水工程利用天然地形落差自流輸水，正常運行時測壓管水頭小于靜水頭；當管路上的閘、閥關閉后，管中最大靜水頭即為地形最大落差， 落差越大，管道承受的壓力越高，當閘、閥非正常關閉時，容易產生較大的水擊壓力， 造成爆管事故。對于地形起伏大的重力流管路，在管路高點、轉折點易發生斷流空腔，并造成斷流彌合水錘。對長距離重力流輸水管道進行水錘防護時，用減壓水池對管道進行分段或者分級，往往有很好的效果，不但技術上易于實現，而且因為不依賴于人為操控而具有較高的工程可靠性。減壓水池將長距離管道分成幾個較短的管道，從而簡化輸配水條件，降低水錘發生的可能性。減壓水池容積一般可取5min管道最大輸水流量。

1.2 技術防護措施—閥門選擇

1.2.1 空氣閥

空氣閥對防止水錘破壞，維持輸水管道安全運行至關重要，排氣不暢可能產生爆管，造成嚴重事故。空氣閥通常裝設在管線凸起部位，當管道內壓力低于大氣壓時吸入空氣，而當管道中壓力上升高于大氣壓時排出空氣。由于普通排氣閥在一定壓力下會突然起球終止排氣，導致斷流彌合水錘發生，使管道升壓較高。

1.2.2超壓泄壓閥

超壓泄壓閥的主要作用是當管道中發生水力瞬變流，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， 當壓力降到設定安全值后，超壓泄壓閥再自動關閉。超壓泄壓閥的泄壓值應根據輸水管道的最大使用壓力和管材強度，經水力計算確定。超壓泄壓閥的口徑宜為主管道直徑的1/5～1/4 ，或經水力計算確定，泄壓值也可采用最大使用壓力加0.15 MPa～0.20MPa。超壓泄壓閥設置在末端閥門前，以及管道局部高壓處。

1.2.3減壓恒壓閥

采用減壓恒壓閥，可降低管道正常工作壓力，降低管材耐壓等級，大大減少管道工程造價；減少管道漏失水量，增加了管道系統的安全系數。將減壓恒壓閥的動作壓力設定為管線通過設計流量時的動水壓力，則當減壓閥后壓力高于該設定值時，減壓閥自動迅速關閉，直到減壓閥后總壓力減小到管線設計壓力時，閥門自動打開，全開狀態處于不減壓狀態。在無泵管路中，一般減壓恒壓閥的有效口徑與主管道直徑相同。

1.2 .4 出口控制閥

管道末端富余水頭較大， 就對出口調節閥提出了較高要求， 要求閥門具有良好的減壓調流功能。良好的減壓調流閥必須具備：① 良好的抗氣蝕能力；② 良好的線性調節特征。傳統的閘閥、球閥和蝶閥等均是出色的截斷閥， 但若用于調節流量或壓力時， 常會產生嚴重的振動和噪聲， 氣蝕破壞較大，流量調節特性差。針閥（活塞閥）采用錐形活塞在閥體內部的移動， 來達到流量線性調節的功能， 并在結構上引導水流在閥體內對撞消能達到減壓目的。錐形活塞由閥體內部導軌引導， 在流量中作軸向移動，在任何位置活塞的環形節流閥確保其線性操作特性。另外， 水流通過節流導流成為高速流體， 沿徑向流向閥體水平中心線而互相撞擊， 在此處氣泡產生和破裂均處于介質流中， 由此將氣蝕限制在閥體中心， 不產生氣蝕破壞。

1.3 運行管理措施—閥門開閉操作控制

由于長距離壓力輸水工程管道起伏大， 充水過程水力條件復雜， 目前均采用較小的充水流量和較長的充水時間。為了防止管道停運時空管， 工程運行過程中大都采用操作管道最末端的閥門， 使工程運行或停運。管道末端閥的關閉過程（關閉時間與角度關系）， 對水錘壓力的影響很大， 因此應優化其關閉過程， 使得管道的水錘正壓不超過管道的承壓能力，且應盡可能的小；使管道盡量不產生負壓。控制管道末端閥的關閉時間，使水壓波傳播趨于平緩，避免壓力振蕩，降低管道升壓， 能有效預防因關閥太快引起的直接關閥水錘，消除水錘危害，從而預防爆管事故的發生。另外，管道末端閥門的關閉方式、操作時間以及各種水錘防護設備的正確運行對管道安全意義重大，故根據水錘分析計算制訂運行操作規程及對維護管理人員進行培訓都是非常重要。

結語

對于地面起伏大、富余壓力較大的長距離重力流壓力輸水管道工程，對管道

進行分段減壓的工程預防措施；其次應慎重選擇空氣閥、超壓泄壓閥、末端控制閥及減壓恒壓閥等并合理布置，這是保障管道安全的重要技術措施；最后應根據水錘分析計算結果，制定操作規程，對末端閥門的關閉及開啟過程進行嚴格控制是消除水錘破壞、保證供水工程安全的重要運行管理措施。

參考文獻：

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[2]楊玉思，李樹軍，辛亞娟.長距離大管徑重力流輸配水管道水錘防護方法探討[J].給水排水，2008， 34（10）：121-125.