長輸管線供水的水錘預防和應用

摘要：隨著城市的不斷發(fā)展和水資源的地域分配不合理，長距離輸水管線被廣泛興建。通過分析影響長輸管線的運行安全的主要危害就是水錘，針對水錘的產(chǎn)生在設計、減少和運行過程中采取相應的控制措施，避免長輸管線的水錘破壞，保障長輸管線供水的安全可靠性。

關鍵詞：長輸管線水錘

1 引言

隨著社會經(jīng)濟水平迅速發(fā)展，人民生活水平的提高，對水的需求要求是越來越高，也越來越迫切。而我國水資源的地域分配不合理，促使全國各地的長距離輸水管線被廣泛興建。通過長距離輸水管線把位于較遠的水源輸送到缺水的城鎮(zhèn)，解決了許多城鎮(zhèn)水源短缺的問題，但長距離輸水管線多為單管，其運行安全問題成為輸水工程中的重點和難點。長輸管線隨地勢高低起伏敷設，不但節(jié)約能源，線路布置靈活、造價偏低。但這種長距離輸水管線要著重考慮運行過程中的安全。因為在輸送水的過程中，由于大部分長輸管線都是利用天然地形落差靠重力流輸水，運行中的管道在突然啟閉閥時，會產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，當水錘壓力超過管道的允許承受的壓力時，就會發(fā)生爆管事故，從而影響正常供水。因此需要采取一些有效措施來降低和消除長輸管線的水錘破壞。

2 工程概況

克拉瑪依獨山子區(qū)某輸水工程始于取水首部（滲管取水區(qū)），止于城區(qū)蓄水池，本工程為遠距離輸水管線，輸水管線總長61.774公里，采用有壓重力流輸水，供水規(guī)模3000萬方每年，水源水為地表水，采用河床滲管取水。引水口地面高程870米，輸水管末端地面高程為700米，首尾兩地地形差170米。采用單管輸水，管線主體材質(zhì)采用PCCP管。該管線主要為煉化企業(yè)提供工業(yè)用水，長輸管線的安全運行的可靠性要求更高。

3 長輸管線安全運行的防護措施

當輸水管道中的液體速度因閥門啟閉等外界原因造成劇烈波動時，管道內(nèi)部液體壓強會發(fā)生迅速交替，這種交替變化的力作用管道、閥門或其它管路元件上時就會向錘子錘擊物體一樣，形象叫做水錘效應。水錘可以分為水柱連續(xù)的水錘現(xiàn)象（無水柱分離）和伴有水柱分離的水錘現(xiàn)象[1]。對長距離輸水管道中的閥門啟閉時發(fā)生的水錘效應采用的防護措施主要有管線分段、安裝進排氣和彌合水錘閥、安裝管線穩(wěn)壓泄壓閥、數(shù)據(jù)遠傳監(jiān)控優(yōu)化操作等手段。

3.1 長輸管線分段

長輸管線分段就是把一條管段按距離或者高程分割為若干段，在每一段的末尾設置消能閥和清水池，清水池直接通大氣，消除因管道設計存在問題而產(chǎn)生額剩余水頭，這樣就能把前段的壓力降到自然壓力，減少了各段管道的工作壓力，也減少了長水管線的水錘壓力。

對長距離重力流輸水管段進行水錘防護時，用中間清水池對管道進行分段或者分級不但技術上可行且易于實現(xiàn)，清水池容積一般可取5分鐘管道的最大輸水流量，并設置液位高低限，一是保證供水管道滿管運行，二是避免因溢流造成水的流失。

根據(jù)末端壓力需求和長輸管線的地形地勢，克拉瑪依獨山子區(qū)某輸水工程輸水管線分為兩段。第一段為取水口至中間匯水池，輸水管道總長21.835km，設計流量Q=1.5m3/s ，流速1.77m/s，首尾高差110米。第二段為中間匯水池至城區(qū)蓄水池，輸水管道總長39.939km，設計流量Q=1.5m3/s ，流速1.77m/s。首尾高差70米。

3.2 安裝防水錘的閥門

長輸管線因隨地形敷設，高低起伏。在長輸管線凸起點裝設進排氣閥，對防止管道水錘破壞，保證輸水管道安全至關重要，排氣不暢極有可能造成管線被抽癟或者爆管。只有當管道內(nèi)的壓力低于大氣壓力時通過進排氣閥吸入空氣，防止管線抽真空造成管線被抽癟;當管道中壓力上升高于大氣壓時，氣體向管線凸起處匯集，并通過排氣閥排出，防止空氣排不出時形成氣阻，導致斷流彌合水錘發(fā)生，使管道升壓。

在主線閥門前安裝穩(wěn)壓泄壓閥，穩(wěn)壓泄壓閥的主要作用是當管道中發(fā)生水體流速變化時，會造成某點的壓力過高，在此的穩(wěn)壓泄壓閥檢測到壓力限值時，自動打開閥門泄流掉一部分流量，維持管道在此點的壓力，當壓力降到設定的安全值后，穩(wěn)壓泄壓閥再自動關閉。

在管線中設置減壓閥，減壓閥主要是降低因部分管段落差大，低位管線需要承受較高的靜壓，致使低位管線需要承受更大的水錘壓力。通過在中間設置減壓閥，降低低位的管壓同時可以減少管線的建造成本。

克拉瑪依獨山子區(qū)某輸水工程輸水管線根據(jù)管線走勢，在管線沿線高點共設置進排氣閥門60臺，彌合水錘閥2臺，穩(wěn)壓泄壓閥7臺。防止管線水錘影響正常供水。

3.3 運行控制

開工前應按照小流量對管線進行充水，使管線處于滿管裝態(tài)并檢查各點靜壓值都顯示正常，然后通過控制出口閥門調(diào)節(jié)進口閥門和進口水池水位保持滿管運行。

根據(jù)輸水管道輸水要求的流量，在管道輸水限制流量下運行。正常運行工況下，從下游向上游依次緩慢調(diào)節(jié)閘閥開度，使流量保持一致。每次調(diào)節(jié)流量不大于設計給出的值，調(diào)節(jié)間隔時間不小于最小間隔時間，保持各源頭和中間匯水池的水位在指標范圍內(nèi)穩(wěn)定，各水池無棄水，管道進口不進氣。

需加大供水流量時，相應增大注入源頭和中間匯水池的水量，同時加大尾端調(diào)節(jié)的開度并控制增加流量不大于設計給出的值，調(diào)節(jié)間隔時間不小于最小間隔時間。

需要減少供水流量時，相應減少注入源頭和中間匯水池的水量，同時調(diào)節(jié)末端和源頭的調(diào)節(jié)閥控制流量，每次調(diào)節(jié)流量不大于設計給出的值，調(diào)節(jié)間隔時間不小于最小間隔時間，保持各源頭和中間匯水池的水位在指標范圍內(nèi)穩(wěn)定，各水池無棄水，管道進口不進氣。

4 結語

本文針對長輸管線供水時的水錘破壞，提出了預防長輸水線水錘的預防和防護措施，并在工程實例中進行應用，很好的解決了水錘對該管線的安全平穩(wěn)運行的影響。

參考文獻：

[1] 金錐.停泵水錘及其防護（第二版）：中國建筑工業(yè)出版社，2004年11月

作者簡介：趙先甲，男，1984年9月出生，籍貫湖北松滋，大學本科學歷，工程師，主要從事供水生產(chǎn)運行。