長距離多起伏壓力輸水管道水錘防護方案

吳冬冬 李文峰

1. 山東致一質量檢測有限責任公司 山東濟南 250000

2. 中建安裝集團有限公司 山東濟南 250000

社會的快速發展提高了人們對水資源的需求，現階段的輸水工程項目建設中，長距離多起伏壓力輸水管道中的水錘保護問題通常被施工方放在首位[1]。大型輸水工程的建設對于設備的要求較高，在工程的實際運行中，容易發生管道破裂的問題，為工人帶來了安全隱患問題。在使用輸水管道時，長距離多起伏壓力輸水管道中比較容易產生水柱分離與斷流彌合水錘現象，對輸水管道的安全性造成了極大的危害。因此，對于水錘現象防護方案的探討非常重要。

1 重視水錘現象防護的原因

1.1 水錘的基本概念及分類

水錘現象主要是指在輸水管道中因水流速的變化而產生的對輸水管道的壓強差，在壓力突然上升和下降的輸水管道中會產生一系列的強動力的水流沖擊輸水管道的現象。水錘是一種受流體動力學影響的瞬態過程，受流速，加速度和動壓力等因素的影響。水錘具有不穩定性，出現時間及位置始終處于變化狀態。目前我國輸水工程項目團隊通常將水錘現象稱為“泵站管道系統的液壓過渡過程”。

1.2 水錘的危害

水錘現象的出現對配水工程影響很大。盡管水錘的持續時間相對較短，但可能導致嚴重事故，給工程造成巨大損失并降低工程安全性。另外，在水力過渡過程中，輸水管道與斷流水腔之間水柱的分離現象使橋接水錘現象變得容易，這不僅嚴重損害了輸水管道，而且嚴重的拖緩了工程推進的速度。在輸水過程中，出現水錘現象的原因有很多，嚴重的水錘現象對于整個輸水項目來說是災難性的。由于我國水利工程建設的特殊地形，特別是在海拔高度波動較大的西北和西南地區，洪水事故產生的較為頻繁。水錘現象對于工程的影響可輕可重，較小的事故將導致水管爆裂，影響供水工作的正常進行，而嚴重的水事故將使泵站被泛濫的水淹沒。另外，洪水事故不僅影響輸水工程，也會對鐵路的軌道床和設備造成一定的損害，對人類的生命構成極大的威脅。

2 水錘現象防護的意義

水資源一直是人們生活和生產不可或缺的一部分，是人類的生命之源。隨著水資源的需求量變大，良好的輸水系統給水資源的分配及應用帶來了極大的便利。

當前階段我國水資源的供求關系由于人口的膨脹式增長和社會的飛速發展出現了新的發展問題。由于水資源是不可再生能源，我國現有水資源的儲量越來越少，需求量越來越高，而且部分地區的水資源分配問題始終得不到很好的解決，導致發展的不平衡，限制了整個社會的發展速度。而且，環境的可持續發展這一理念在越來越快的經濟發展中被拋棄，環境的污染對于水資源來說也是致命的打擊。盡管國家意識到水資源的重要性并著力發展長距離多起伏輸水項目工程的建設，但是，由于現有的建設技術不夠成熟，水錘現象的頻繁發生給施工帶來了巨大的安全隱患。

我國的土地面積較大，地形相對復雜，尤其是沿海地區的地形起伏較大，這使得建設長距離輸水項目變得困難。近些年來，水泵機組單元轉動慣性變小，無法滿足輸水工作的需要，在輸水過程中，當水泵停止轉動發生水錘現象時，將會影響整個水泵系統，水壓將急劇下降，并可能導致輸水管道與斷流水腔之間水柱的分離，嚴重者使水管爆裂。在輸水工程建設中，對長距離多起伏壓力輸水管道建設的要求較高。通常，這種類型的管道系統更加復雜且壓力更大。因此，為長距離多起伏壓力輸水管道設置水錘保護裝置需要綜合各方面的因素來為輸水管道提供全面的保護。當今的長距離，長距離多起伏壓力輸水管道建設在水錘保護方面存在一些缺陷，因為對地形差異的忽略，導致在起伏較大的地區的建設過程中水錘現象頻發。長距離多起伏壓力輸水管道水錘防護方案對于施工方或整個輸水項目來說意義重大，不僅可以減少施工時出現問題的損失，同時也可以保證施工安全。

3 水錘防護設計方案

3.1 設置調壓塔

設計調壓塔以通過改變供水量的方式發揮穩壓作用。根據使用的實際情況不同，調壓塔通常分為單向調壓塔和雙向調壓塔。

單向調壓塔由儲水系統、水壓閥、排水系統和單向調壓塔容器中的注水管組成，可以有效防止水壓變化過大導致水錘現象的產生，并且對輸水管道與斷流水腔之間水柱的分離也有著改善的效果。單向調壓塔是單向的僅允許調壓塔中的水流入主管中而不能返回的設計。這種單向調壓塔的安裝方式較為簡單，可以很好降低水壓，同時對于水箱體積的要求較低，可以極大的節省調壓塔的安裝成本。當管道處于負壓狀態時，借助單向壓力控制塔的協助作用，可以防止注水的中斷，有效的防止水管破裂。

與單向調壓塔相比，雙向調壓塔配備了噴水和排水緩沖式水擊保護裝置，以提供針對水管道中的水擊的全面保護。當管道中的壓力下降時，雙向調壓塔在此時起到注水的作用，向管道中添加水以增加管道中的壓力并防止水柱真空分離。

3.2 裝設注排氣閥

注排氣閥是一種特殊的閥門，通常連接到管道的突出部分，以防止在因水泵停止而產生水錘中產生負壓現象。注排氣閥具有進氣與排氣的功能，如果管道中的壓力較低，則可以通過吸入空氣來增加管道中的壓力。同時，如果管道中的壓力較高，則可以使用噴射閥和排氣閥排出空氣以降低管道中的壓力，應該注意的是，這種類型的注氣閥不允許水進入大氣[2]。

3.3 裝設超壓泄壓閥

隨著管道中輸水速度的變化，管道中的壓力也隨之發生變化。如果管道中的壓力過高，則超壓泄壓閥裝置將打開并發揮泄壓能力，以使管道中的壓力降到安全閾值以下。泄壓閥會在管道內壓力有效下降并恢復正常后自動關閉，有效的減少水錘現象的產生。