大管徑輸水管路的水錘災害形成原因和預防措施

摘要：在大管徑輸水管路的運行當中，由于一些原因的影響，可能會產生水錘的現象，其對于輸水管路來說是一種較為嚴重的災害。水錘產生的巨大壓強，將造成管路連接部件或閥門損壞，甚至可能發生爆管的情況。因此，在大管徑水水管理中，對水錘災害進行概括，并分析其形成原因，進而分別從開關閥、啟泵停泵等不同階段入手，研究了預防水錘災害的措施，保護輸水管路的安全。

關鍵詞：大管徑；輸水管路；水錘災害；形成原因；預防措施

前言：

在封閉式管路系統會水泵當中，在一些特定情況下，可能會發生水錘的現象，主要是由于管道內流體流量，在段時間內迅速改變，產生強烈的壓力波動，進而引起振動的情況。水錘能夠在產生遠超過正常壓力的瞬間壓力，造成的影響也往往是破壞性的。對于大管徑輸水管路來說，可以根據水錘災害的形成原因，采取有效的預防措施，將水錘災害消除，例如對管路或水泵開閉時間延緩，或使用專門的水錘消除器等。

一、水錘災害的基本概述

水錘效應是大管徑輸水管路中一個比較常見的問題，在水泵啟停過程中，突然變化的水流對管道造成沖擊，產生嚴重的水擊現象。輸水管路內壁通常為光滑表面，水可以自由流動。如果閥門突然關閉或泵停止，水流會對關閉閥和閥門施加壓力。在光滑的墻里面，后續水流受到慣性影響，會很快增大水力，進而引起破壞效果，形成了水錘災害。另外，閥門突然在關閉狀態下打開，或者突然啟動泵，也會形成水錘災害[1]。水錘災害將導致輸水管路中壓強增大，比常規工作壓強會大上數十倍，當壓力波動時，管道劇烈振動，容易造成閥門、接頭等位置的損壞斷裂，或者直接發生爆管的事故，對供水系統云新造成影響。

二、水錘災害的形成原因

大管徑輸水管路中，形成水錘的原因是多方面的。在管路運行中，如果閥門突然開啟或關閉，或是水泵機組突然啟動或停止的情況，將引起管路中水流量的突然變化，將管路中原有的平衡狀態打破，進而產生較大的瞬間壓強，引起水錘的現象。如果使用單管向高處輸水，水受到重力的作用，具有向下運動的力，與后面輸送上來的水之間形成對沖，導致壓強增大，形成水錘現象。輸水管路中，如果水流速度過快，產生的力和壓強也會比較大，在達到一定程度后就容易形成水錘現象[2]。在長度較大的輸水管道中，如果管道地形有較大的變化，管道中彎曲較多，水流在轉彎處或遇到地形變化的位置，都會對管路造成沖擊，進而增大局部瞬間壓強，引起水錘的現象。

三、水錘災害的預防措施

（一）開關閥水錘的預防

開關閥過程中引起的水錘現象，一般包括了直接水錘、間接水錘扥不同形式。對于這一問題，將開閥、關閥的時間適當延長，就能夠避免直接水錘災害的形成。同時，為了使水泵出口的壓力得到減小，當閥門關閉到15%時，關閉混流泵和離心泵，從而延長閥門的使用壽命。避免閥門的損壞和水錘的發生。而對于軸流泵來說，通常在水泵出口的位置，不需要對閥門進行設置。

（二）啟泵水錘的預防

啟動水泵時容易產生水錘災害，對于此類水錘災害的預防，應在啟泵錢盡量將輸水管路中的空氣排除，在管道中充滿水之后，再將水泵開啟。而在大管徑和長距離的輸水管路中，需要將自動沖水設備、自動排水閥等，設置在隆起部位。如果水泵不得不在空管狀態下啟動，為了預防水錘災害的發生，可以采用分階段開啟泵的策略。首先打開泵出口位置閥門的一部分，同時全部打開管路中的其它閥門，然后將水泵開啟，當水充滿管路之后，在按照規定角度打開水泵出口位置閥門[3]。對于水泵中設置了止回閥的情況，也要對自動旁通閥、自動排氣閥等進行設置。水泵運行當中由于發生事故而停泵，在重新開啟前，需要將止回閥后管道中，用水充滿，然后才能將水泵啟動。為了保證供水系統的穩定，確保泵出口閥門在泵開啟時沒有完全打開。

（三）停泵水錘的預防

當水泵關閉時，供水管中的水流在慣性作用下會慢慢流向水池，然后逐漸減速，最后停止。在重力水頭的作用下，管道內的水會倒流到泵內，速度會逐漸加快。水流在管道中的流蘇發生改變，進而可能引起水錘災害。在大管徑輸水管路中，停泵水錘的現象十分常見，造成的危害也很高，所以應當積極采取措施預防。在實際工作中，可以降低輸水流速，盡可能應用厚度較大的管道，使輸水管路水流速降低，進而預防水錘災害。將電動機慣性改變，應用較大轉動慣量的電動機，或對足夠慣性的飛輪加以配置，以減小水錘壓力。管線的設置應當科學合理，在輸水管道的設置中，要保證管道的暢通。防止坡度改變、出現峰點等問題[4]。在輸水管道中，應將排氣閥設置在不可避免的峰值，以防止水錘災害的發生。水泵揚程的設置要科學，要認識到泵房幾何揚程對水泵停水錘的影響，即揚程越高，停水錘越大。所以需要在滿足需求的情況下，盡量縮短水泵揚程。將輸水管路長度盡量減小，如果輸水管路長度過大，將會增加停泵水錘值，所以在可能的情況下，將輸水管路長度盡量縮小。對一些不必要的止回閥取消，止回閥過快的關閉是引起停泵水錘的重要原因，所以可將一些不必要的止回閥取消，以減少停泵水錘。

對于不能取消的止回閥，在閉合中要緩慢，防止停泵水錘的癡線，在大管徑輸水管路中，設置微閉蝶閥和止回閥。閥門關閉過程中所發生的水流倒流現象，可以間溢流管設置在吸水井。實際工作中可以采取蓄能式、重錘式等方法緩閉止回閥，根據實際情況，有效調整閥門關閉時間。不過，緩閉止回閥的方法，對于輸水管路峰點的彌合水錘問題，沒有有效的預防措施。水錘消除器，設置在止回閥下游，通過水錘消除器，消除管道中的水錘壓力。簡單地說，當管道內的壓力值低于保護值時，泄水口會自動打開泄水口并壓下壓力，以保證管道壓力平衡。當管道內壓力較大時，排水口會自動打開，以降低管道壓力。通常在泵出口處安裝液壓控制閥，通過泵出口處與管網之間的壓差自動切換閥門。該閥配有活塞缸或隔膜室，控制閥門的啟閉速度。雙向調壓塔應位于泵站附近或管道的適當位置，且雙向調壓塔的水面高度應高于輸水管道終端池的水面高度。調壓塔可根據水管壓力的變化，通過供水或排水來降低水錘的壓力。單向調壓塔可安裝在泵站附近或管道的適當位置[5]。當管道內的壓力較低時，將水注入管道，以避免水錘現象。壓力罐根據氣體體積和壓力的規律工作，隨著管道壓力的變化，壓力罐應補充或吸收管道內的壓力，以避免水錘災害。PLC自動控制系統，自動檢測水管壓力，自動控制水泵的開、關、轉速。學會控制流量，保證水管壓力穩定，降低水擊災害發生的概率。

四、結論

水錘災害是大管徑輸水管路中比較常見的一種災害類型，將會引起管路連接處或閥門處破裂損壞，或是引起爆管等事故，導致供水系統無法正常運行，或是造成其它嚴重的損失等。大管徑輸水管路中，水錘災害的形成原因較多，主要是閥門突然開閉或水泵機組突然啟停等。因此，為了預防水錘災害的產生，應當在開關閥門、啟停水泵等容易發生水錘災害的階段，采取有效的措施消除水錘產生的因素，進而有效預防水錘災害的發生。

參考文獻

[1]李彥紅，高風，辛玉玲.長距離大管徑平坦地區輸水管道水錘防護方案[J].現代商貿工業，2015，36（27）：267-268.

[2]徐晶，楊文勇，劉瑞.高揚程大管徑輸水管道水錘防護方案及成果比較分析[J].廣東化工，2015，42（23）：93-96.

[3]楊玉思，高學貞，閆明.長距離大管徑平坦地區輸水管道水錘防護技術[J].給水排水，2010，36（9）：174-176.

[4]劉竹青，畢慧麗，王福軍.空氣閥在有壓輸水管路中的水錘防護作用[J].排灌機械工程學報，2011，29（4）：333-337.

[5]王曉芃.大管徑輸水管路的水錘災害形成原因和預防措施[J].建材與裝飾，2018，No.547（38）：301.

作者簡介：趙春風，（1980），男，漢，黑龍江齊齊哈爾，工程師，碩士，中石化南京工程有限公司，化工設計，211100。

（作者單位：中石化南京工程有限公司）