長距離輸水管道水錘防護方法研究

王東方，潘超

（1.山東省調(diào)水工程運行維護中心龍口管理站，山東 龍口265700；2.山東省龍口市水務局，山東 龍口265700）

1 引言

作為一類具有綜合性特點明顯的工程，長距離輸水工程在實踐中取得了良好的成效。在這類工程實踐過程中，會因水流速的變化，使得其管道系統(tǒng)性能可靠性受到潛在威脅，產(chǎn)生了水錘壓力，加上斷面大及環(huán)境條件復雜等因素的影響，從而加大了長距離輸水工程施工難度，影響著輸水管道的使用功能。同時，當其應用過程中發(fā)生了送水泵工作異常及其他事故時，則會受到水錘的不利影響。在此期間，若防水錘措施選用不當，應用中缺乏適用性，則會損壞泵，給長距離輸水工程建設及應用埋下質(zhì)量及安全隱患。除此之外，在設置長距離輸水管線的過程中，由于與之相關的特征點與緊鄰著供水壓力線，則會因供水中斷現(xiàn)象的出現(xiàn)，受到水錘的較大影響，導致水泵處于不安全的應用狀態(tài)，影響著工程建設效果。

2 泵站水錘的危害

在細化長距離輸水工程研究內(nèi)容的過程中，為了實現(xiàn)對泵站的科學應用，則需要對水錘的危害有所了解。具體包括：

1）當泵站機組、閥門及其他組成部分應用中發(fā)生變化時，會對流過管道內(nèi)的水流速度造成不同程度的影響，進而產(chǎn)生了沖量，壓力也會發(fā)生相應的變化，加大了水錘病害發(fā)生的概率，對水泵及管道的工作性能、應用質(zhì)量等產(chǎn)生了潛在威脅，會引發(fā)它們的應用問題。

2）隨著水流壓力的變化，泵站受到水錘的危害程度也會加深。在此期間，若發(fā)生了瞬間停電事故，則此時的水錘會產(chǎn)生較大的數(shù)值，間接地加大了泵站運行風險，會造成一定的經(jīng)濟損失。因此，需要根據(jù)實際情況及長距離輸水管道科學應用要求，找出切實有效的防護措施并加以使用，實現(xiàn)對水錘病害的科學應對，避免泵站處于不安全的運行狀態(tài)【1】。

3 重要性

長距離輸水管道運行過程中，受到材料質(zhì)量缺陷、復雜地質(zhì)條件等因素的影響，導致壓力管道應用風險有所加大。在此期間，當出現(xiàn)水錘現(xiàn)象時，會使管道內(nèi)的流速發(fā)生較大變化，威脅著壓力管道的工作性能，加大了其結(jié)構失穩(wěn)問題發(fā)生的概率，會給其產(chǎn)生破壞作用，導致管道應用質(zhì)量缺乏保障。同時，閥門的關閉時間、水錘現(xiàn)象出現(xiàn)中的壓力大小等，都與壓力管道受到的破壞影響有關。由于這些方面的變量具有隨機性特點，使得壓力管道面臨的風險較多。在具體的分析及處理中，需要借助信息技術與隨機分析方法的應用優(yōu)勢，對水錘壓力與管道系統(tǒng)之間的關系加以分析，了解這種作用力的分布情況，為具體的處理工作高效完成提供參考依據(jù)?，F(xiàn)階段這些方面的研究工作開展中對閥門的初始開度及關閉過程中所花費時間等所產(chǎn)生的影響有所忽略。

4 優(yōu)化措施分析

4.1 防止壓力降低的措施

1）根據(jù)現(xiàn)場情況及長距離輸水管道的自身特性，在施工方案及行業(yè)技術規(guī)范的指導下，完成好調(diào)壓塔的設置工作，并通過對流經(jīng)管道中的水流所產(chǎn)生壓力變化的充分考慮，為這方面設置工作高效完成提供參考信息，避免輸水管道應用質(zhì)量、作用效果等受到不利影響。同時，作業(yè)人員應給予水錘壓力所產(chǎn)生的危害更多考慮，分別在產(chǎn)生負壓及駝峰處的管線設置單向與雙向調(diào)壓塔，從而達到水錘壓力降低的目的【2】。

2）設置注氣微排閥。根據(jù)長距離輸水工程科學建設要求及管道應用狀況等，在降低壓力的過程中，應選擇好性能可靠的注氣微排閥并加以使用，促使水泵啟動時管網(wǎng)內(nèi)的空氣能夠及時排出，滿足其安全使用要求，實現(xiàn)對氣閥的科學應用。同時，需要在專業(yè)資料的支持下，確定好排氣孔直徑，充分發(fā)揮注氣微排閥的應用優(yōu)勢，為管道安全運行提供專業(yè)保障。當水泵停止工作時，管道內(nèi)會形成負壓，在注氣微排閥的作用下會吸氣，防止發(fā)生爆炸事故。除此之外，應重視防水錘的合理設置，在性能可靠的構件支持下，完成好管道應用中的內(nèi)部排氣工作，從而降低水錘壓力，避免輸水管道長期應用中受到較大的撞擊影響。實踐中也需要技術人員對注氣微排閥功能特性及利用價值等有更多的了解，促使其在保障水泵及管道運行安全方面發(fā)揮出應有的作用，滿足長距離輸水管道工程建設事業(yè)長效發(fā)展要求。

4.2 做好技術性能比較，合理選擇輸水管材

輸水管道可采用預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管、鋼管、夾砂玻璃鋼管、預應力鋼筋混凝土管以及塑料管等非金屬管材。管材的選擇應考慮下列因素，并經(jīng)技術經(jīng)濟分析比較后確定：（1）輸水管道的重要程度；（2）管道根數(shù)和長度；（3）運行方式，有無調(diào)節(jié)設施；（4）輸水管道管徑；（5）正常工作壓力和非穩(wěn)定流極限壓力；（6）外部荷載大小；（7）供貨、運輸、工期、安裝條件等；（8）管道沿線地質(zhì)條件，地形起伏程度；（9）管材機械、水力等特性。

輸水管道所用管材應滿足下列要求：（1）應符合現(xiàn)行國家標準GB/T 17219—1998《生活飲用水輸配水設備及防護材料安全性評價標準》的規(guī)定；（2）有足夠的強度，可以承受各種工況下的內(nèi)外荷載；（3）水密性好，壓力試驗滲漏量符合要求；（4）管內(nèi)壁光滑，水阻小；（5）接口連接可靠、施工方便；（6）綜合造價合理，耐腐蝕和使用年限長。

4.3 防止升壓過高的措施

1）采用多功能水力控制閥。多功能水泵控制閥消除水錘的效果好，它將速閉、緩閉和吸納3種消除水錘的方式結(jié)合在一起。停泵時主閥板在正向水流逐漸降為零之前迅速關閉——這就是速閉過程，減少大量返流水的產(chǎn)生，由于主閥板上有泄流孔，允許一小部分水流通過主閥板返回，從而有效防止水泵過度倒轉(zhuǎn)；停泵時在主閥板的前后形成壓力差，出口端的壓力高于進口端的壓力，出口端的壓力水通過旁通管進到控制室的上腔，推動膜片壓板的閥桿、緩閉閥板一起向下移動，緩慢地將主閥板上的泄流孔關閉——這就是緩閉過程。

壓力水推動膜片壓板向下移動的過程中，膜片控制室上腔的容積在不斷增加，可以吸納一部分返流水——這就是吸納過程。無論水泵是正常停機還是事故停機時，水泵控制閥在水泵停機3s內(nèi)快速關閉約90%開度，剩余10%的開度在120s內(nèi)（可調(diào)節(jié)）緩慢關閉，使消除水錘的效果達到最佳狀態(tài)。

2）重視超壓泄壓閥使用。為了避免影響長距離輸水管道應用效果，獲取準確性良好的水錘過渡方面的計算結(jié)果，滿足系統(tǒng)安全運行要求，則需要加深對超壓泄壓閥使用的重視程度【3】。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對不同內(nèi)容的深入探討，有利于增加長距離輸水管道水錘防護工作開展中的技術含量及優(yōu)勢，為其使用壽命延長及高效運行等提供專業(yè)支持，確保輸水狀況良好性。同時，應提高對水錘危害性的正確認識，借助計算機網(wǎng)絡及信息技術的應用優(yōu)勢，增加高揚程長管道水力計算中的技術含量，滿足水錘危害高效處理要求，豐富防護工作開展中的技術內(nèi)涵。因此，未來在提升長距離輸水工程建設事業(yè)、優(yōu)化輸水管道工作性能的過程中，應加強對防護措施合理選用及防護工作高效開展的重視程度，從而促使泵站及管道運行更具安全性。