十里河水庫(kù)工程高壓長(zhǎng)距離供水管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王自新,馮夢(mèng)雪,陸 偉

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510610)

1 工程概況

云南省十里河水庫(kù)工程位于云南省玉溪市新平縣，工程建設(shè)任務(wù)是為城鄉(xiāng)供水和農(nóng)業(yè)灌溉，工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。主體工程由樞紐、供水、灌溉三大部分組成，其中供水工程自十里河水庫(kù)取水，水庫(kù)建成后正常蓄水位為1 947 m，供水管線沿山體走勢(shì)淺埋敷設(shè)，穿越元江倒虹吸段最低處管道中心高程為475 m。供水干管設(shè)計(jì)流量為0.308 m3/s，管徑為D600 mm。受水點(diǎn)有兩處：左分干管終點(diǎn)為2 019 m高程的新化鄉(xiāng)瓦白果水庫(kù)；右左分干管終點(diǎn)為1 552 m高程的新平縣城團(tuán)結(jié)水庫(kù)。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

本工程供水線路大部分為高壓管道，經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)單級(jí)靜水頭最大的水電站工程有：云南滇中供水工程雙管倒虹吸管鋼管管徑為D4 170 mm，最大靜水頭為 209 m；四川蘇八姑水電站鋼管管徑為1 000 mm，最大靜水頭為 1 175 m；云南南極洛河水電站鋼管管徑為1 200 mm，最大靜水頭為1 092 m；桂林天湖電站鋼管管徑為1 000 mm，最大靜水頭為1 072 m。國(guó)內(nèi)單級(jí)設(shè)計(jì)壓力最大的輸水工程有：云南元陽(yáng)縣南沙河灌溉管道工程，灌溉鋼管管徑為1.4 m，最大設(shè)計(jì)壓力為4.7 MPa；云南玉溪三湖補(bǔ)水應(yīng)急工程，加壓泵站鋼管管徑為1.2 m，最大設(shè)計(jì)壓力為 4.2 MPa；云南滇中供水工程，倒虹吸鋼管管徑為4.17 m，最大設(shè)計(jì)壓力為2.09 MPa；貴州盤(pán)縣朱昌河水庫(kù)工程，供水鋼管管徑為1.2 m，最大設(shè)計(jì)壓力為4 MPa。在國(guó)內(nèi)已建的引調(diào)水工程中，單級(jí)輸水設(shè)計(jì)壓力均未超過(guò)6 MPa[1]。

石油天然氣行業(yè)的壓力管道主要用于長(zhǎng)距離輸送石油、天然氣，通常采用淺埋柔性敷設(shè)方式。與輸水管道相比，油氣管道具有管徑小，壓力高、運(yùn)量大、密閉性好等特點(diǎn)。如：中俄原油管道二線工程，管道全長(zhǎng)為942 km，管徑為813 mm，最大設(shè)計(jì)壓力為11.5 MPa；西氣東輸一線工程，主干線管道全長(zhǎng)約4 000 km，管徑為1 016 mm，最大設(shè)計(jì)壓力為11.5 MPa；西氣東輸二線工程，主干線管道全長(zhǎng)為4 895 km，管徑為1 219 mm，最大設(shè)計(jì)壓力為12 MPa；川氣東送工程，管道全長(zhǎng)為2 206 km，管徑為1 016 mm，最大設(shè)計(jì)壓力為10 MPa。

管道設(shè)計(jì)首先是先確定好管道所要承受的最大壓力，對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道，常規(guī)設(shè)計(jì)是采用先減壓、再加壓提水方案，以降低高壓管段的施工難度和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[2-5]。本工程管線具備全重力流條件，若采用全重力流輸水方案，最大靜水頭達(dá)1 472 m，HD值達(dá)883.2 m2，輸水壓力為國(guó)內(nèi)外最高。全重力流方案主要存在以下幾個(gè)技術(shù)難題：① 供水方式選擇和管線布置問(wèn)題；② 高壓鋼管材質(zhì)和制作成型工藝選擇問(wèn)題；③ 管道閥門(mén)選型，特別是高壓進(jìn)氣排氣閥、爆管關(guān)斷閥的選擇問(wèn)題；④ 高壓鋼管在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題。因此，在安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的前提下對(duì)供水方式和和管線布置進(jìn)行全重力流方案和常規(guī)減壓方案比選是本工程首要解決的技術(shù)難題。

3 供水方式比選

從充分利用天然地形高差以及后期運(yùn)行管理方便的角度出發(fā)，供水方式宜首選全重力流供水方式，本工程考慮水錘后的管道最大設(shè)計(jì)壓力為16 MPa，高壓鋼管設(shè)計(jì)、制造、安裝難度大，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高。全重力流供水方式在滿(mǎn)足能自流到團(tuán)結(jié)水庫(kù)的前提下，進(jìn)一步比選在首部1 775 m高程處增設(shè)減壓池和減壓閥方案，可將管道最大設(shè)計(jì)壓力有效減小2 MPa。

采用分級(jí)減壓方案時(shí)，應(yīng)以最大化利用地形高差進(jìn)行分段分級(jí)，合理控制重力流最大設(shè)計(jì)壓力。本次設(shè)計(jì)參考國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)距離供水工程的設(shè)計(jì)壓力，分別按單級(jí)最大設(shè)計(jì)壓力8 MPa、6 MPa比選兩個(gè)分級(jí)減壓方案，每個(gè)減壓方案在沿途設(shè)多個(gè)減壓池和減壓閥減壓，穿越元江后在合適位置設(shè)一級(jí)或多級(jí)加壓泵站提水到受水點(diǎn)，將最后一級(jí)減壓池—元江以及元江—一級(jí)加壓泵站間的管段作為重力流最大壓力控制段。

3.1 全重力流方案1(無(wú)減壓池)

從十里河水庫(kù)至團(tuán)結(jié)水庫(kù)采用全重力流供水方式，在K42+250處設(shè)1個(gè)分水池分出左右分干管，分水池水位為1 667.35 m。左分干管在分水池后設(shè)1個(gè)加壓泵站，加壓輸水至瓦白果水庫(kù)。該方案即使采取延長(zhǎng)關(guān)閥時(shí)間和智能控制等措施減小水錘壓力后，管道設(shè)計(jì)壓力仍高達(dá)16 MPa，且高壓段長(zhǎng)度約20 km，如此高壓力在國(guó)、內(nèi)外長(zhǎng)距離供水管線工程甚至在石油天然氣行業(yè)均無(wú)先例，管道的設(shè)計(jì)、制造、安裝難度和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)極大。管線縱剖面如圖1所示。

3.2 全重力流方案2(有減壓池)

在方案1的基礎(chǔ)上，在十里河水庫(kù)下游K4+810位置設(shè)1個(gè)減壓池，減壓池水面高程為1 775.0 m，減壓池至團(tuán)結(jié)水庫(kù)間的管段滿(mǎn)足全重力流供水條件。該方案考慮水錘壓力后，管道設(shè)計(jì)壓力達(dá)14 MPa，較方案1減少了2 MPa，高壓段仍長(zhǎng)達(dá)20 km。和方案1相比，該方案管道的設(shè)計(jì)、制造、安裝難度和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)有所降低，但高壓管道的一系列技術(shù)難題依然存在。管線縱剖面如圖2所示。

圖1 全重力流方案1管線縱剖面示意

圖2 全重力流方案2管線縱剖面示意

3.3 減壓方案1(5級(jí)減壓、1級(jí)加壓)

為控制管道最大設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)8 MPa，在十里河水庫(kù)下游依次設(shè)5級(jí)減壓池，單級(jí)減壓池高差控制在170 m以?xún)?nèi)，最后1級(jí)減壓池水面高程為1 200 m。最后1級(jí)減壓池至元江東側(cè)1 150 m高程間的管段滿(mǎn)足重力流供水條件。在1 150 m高程處設(shè)有1個(gè)加壓泵站，分別加壓輸水至瓦白果水庫(kù)和團(tuán)結(jié)水庫(kù)，泵站最大靜揚(yáng)程為869 m。減壓方案與全重力流方案1、方案2相比，該方案管道的設(shè)計(jì)、制造、安裝難度降低較多，運(yùn)行相對(duì)安全，但運(yùn)行管理較復(fù)雜。管線縱剖面如圖3所示。

3.4 減壓方案2(6級(jí)減壓、3級(jí)加壓)

為控制管道最大設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)6 MPa，在十里河水庫(kù)下游設(shè)6級(jí)減壓池，單級(jí)減壓池高差控制在170 m以?xún)?nèi)，最后1級(jí)減壓池水面高程為950 m。最后1級(jí)減壓池至元江東側(cè)825 m高程間的管段滿(mǎn)足重力流供水條件。在825 m高程、1 270 m高程和1 650 m高程處各設(shè)有1個(gè)加壓泵站，逐級(jí)加壓輸水至瓦白果水庫(kù)和團(tuán)結(jié)水庫(kù)，泵站最大靜揚(yáng)程445 m。和減壓方案1相比，該方案管道的的設(shè)計(jì)壓力減少了2 MPa，管道的設(shè)計(jì)、制造、安裝難度最小，運(yùn)行更安全，但運(yùn)行管理較復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)高。管線縱剖面如圖4所示。

圖3 減壓方案1管線縱剖面示意

圖4 減壓方案2管線縱剖面示意

3.5 供水方式選定

全重力流和分級(jí)減壓供水方式各方案對(duì)比分析見(jiàn)表1。

對(duì)表1中4個(gè)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、可靠性等進(jìn)行對(duì)比分析可以看出，全重力流方案較減壓方案來(lái)說(shuō)，雖然工程投資較高，但運(yùn)行費(fèi)低，運(yùn)行管理方便。全重力流方案2較方案1來(lái)說(shuō)，管道設(shè)計(jì)壓力減小了2 MPa，工程投資和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)均有所降低，對(duì)工程無(wú)任何不利影響，因此供水方式最終選擇方案2，即設(shè)有1個(gè)減壓池的全重力流供水方式，管道按最大設(shè)計(jì)壓力14 MPa進(jìn)行設(shè)計(jì)、閥按最大公稱(chēng)壓力16 MPa進(jìn)行選型和布置[6]。

表1 全重力流和分級(jí)減壓供水方式對(duì)比分析

4 高壓鋼管設(shè)計(jì)制造比選

壓力鋼管設(shè)計(jì)應(yīng)在滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算的前提下，結(jié)合制造、安裝條件，選用合適管材。本工程高壓鋼管選用600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼，最大壁厚為24 mm，管徑與壁厚的比值為25，大大超出設(shè)計(jì)規(guī)范要求徑厚比不小于57限值的規(guī)定，已達(dá)到國(guó)內(nèi)鋼管的制作加工極限，且厚壁鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量問(wèn)題難以保證，因此需對(duì)高壓鋼管的管材、制作成型工藝、力學(xué)性能等進(jìn)行一系列分析研究，同時(shí)借助相關(guān)的科學(xué)試驗(yàn)研究作為技術(shù)支撐。

4.1 管材比選

1) 水利水電工程管材

水利水電工程中低壓鋼管管材牌號(hào)通常選用Q235、Q275碳素結(jié)構(gòu)鋼、Q355、Q390、Q420等低合金結(jié)構(gòu)鋼、Q245R、Q345R等壓力容器用鋼。高壓鋼管為減小管壁厚度，便于制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接，常選用高強(qiáng)鋼。常用的高強(qiáng)鋼有Q460、Q500、Q620等高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、Q460CF、Q500CF、Q620CF等低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)度鋼、07MnMoVR、WDB620CF、XDB610CF等壓力容器用高強(qiáng)度鋼。近20 a來(lái)，低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼(CF鋼)在高水頭水電站壓力鋼管、機(jī)組蝸殼中獲得廣泛應(yīng)用，這種類(lèi)型高強(qiáng)鋼具有良好的強(qiáng)韌性匹配、優(yōu)良的低溫沖擊韌性和冷成型性、良好的焊接性能。目前國(guó)產(chǎn)800 MPa級(jí)CF高強(qiáng)鋼已在烏東德水電站、白鶴灘水電站獲得了成功應(yīng)用。

2) 油氣管道工程管材

石油、天然氣行業(yè)管道管材牌號(hào)一般選用管線鋼，管線鋼最初是從國(guó)外引進(jìn)，主要用于油氣輸送工程，目前已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)量化。管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術(shù)含量和高附加值的產(chǎn)品，通過(guò)添加微量元素，高強(qiáng)度、高沖擊韌性、低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、良好的焊接性能、優(yōu)良的抗氫致開(kāi)裂(HIC)和抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)性能。常用的管線鋼牌號(hào)有API Spec 5L標(biāo)準(zhǔn)的B、X42、X46、X52、X60、X65、X70、X80，分別對(duì)應(yīng)GB/T 9711標(biāo)準(zhǔn)的L245、L290、L320、L360、L415、L450、L485、L555，鋼級(jí)分為PSL1和PSL2兩種。

3) 管材確定

本工程管道輸送介質(zhì)為水庫(kù)原水，中低壓鋼管管材選用Q345R，高壓鋼管管材選用性能較優(yōu)的X70，首次將高強(qiáng)度管線鋼用于長(zhǎng)距離輸水工程[7-9]。設(shè)計(jì)要求鋼材屈強(qiáng)比控制在0.9以下，焊縫須做焊接工藝評(píng)定，每根鋼管均須在廠內(nèi)做UT、RT探傷檢驗(yàn)和水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)壓力不小于鋼材屈服強(qiáng)度的90%。

4.2 鋼管成型工藝比選

水利水電工程大口徑壓力鋼管成型普遍采用直縫卷制工藝，小口徑壓力鋼管成型常用無(wú)縫制作工藝；石油天然氣工程鋼管成型常用螺旋縫卷制工藝、高頻焊接工藝、直縫壓制工藝。

1) 無(wú)縫鋼管(SMLS)

SMLS管采用熱擠壓工藝或熱軋工藝成型，生產(chǎn)的鋼管外徑一般為33.4～1 200 mm，壁厚不大于200 mm，單節(jié)長(zhǎng)度可達(dá)10 m以上，多用于鍋爐、核電、火電行業(yè)以及液壓?jiǎn)㈤]機(jī)缸體。SMLS管質(zhì)量相對(duì)可靠，生產(chǎn)的管徑一般不大，適應(yīng)于厚壁小管，無(wú)縫鋼管外徑偏差和厚度偏差較大，且406 mm以上直徑的無(wú)縫鋼管造價(jià)較高。

2) 卷制埋弧焊管

這種鋼管是使用卷板機(jī)將單塊鋼板沿軋制方向卷制，自動(dòng)埋弧焊接，生產(chǎn)的管徑不小于300 mm，單節(jié)長(zhǎng)度一般為2～3 m。這種鋼管生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率低，管節(jié)短環(huán)縫多，造價(jià)低，但可生產(chǎn)各種大口徑鋼管、異形鋼管，水利水電工程中廣泛采用。目前最大的水平下調(diào)式三輥卷板機(jī)可生產(chǎn)厚度250 mm(Q235)、寬度4 m的鋼管。板端壓頭可在卷板機(jī)上通過(guò)模具壓出，也可單獨(dú)用壓機(jī)壓出。鋼管焊接后一般需要用卷板機(jī)回園，必要時(shí)管口用錐頭模具整園。

3) 螺旋縫埋弧焊管(SAWH)

SAWH管使用鋼帶螺旋卷制，雙面埋弧焊接，生產(chǎn)的鋼管外徑為273～2 388 mm，壁厚為6.4～25.4 mm，單節(jié)長(zhǎng)度可達(dá)12～18 m，石油天然氣管道上大量應(yīng)用。SAWH管的生產(chǎn)廠家參差不齊，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，但流水線生產(chǎn)效率高，尤其適用于薄壁中低壓管道批量化生產(chǎn)。目前長(zhǎng)距離輸水工程已逐漸使用SAWH管，但使用壓力一般不超過(guò)4 MPa，遠(yuǎn)比不上石油天然氣管道的輸送壓力。

4) 高頻電阻焊管(HFW)

（3）設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案:能夠針對(duì)復(fù)雜的非數(shù)值處理問(wèn)題設(shè)計(jì)合理的解決方案，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，從而具備計(jì)算機(jī)軟件工作所需要的基本能力。

HFW管使用鋼帶軋輥成型，高頻電流融熔母材施焊，生產(chǎn)的鋼管外徑一般為219.1～610 mm，壁厚為4～19.1 mm，單節(jié)長(zhǎng)度可達(dá)12～18 m，石油天然氣管道上大量應(yīng)用。HFW管的生產(chǎn)過(guò)程控制嚴(yán)格，流水線生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，尤其適應(yīng)于小直徑厚壁管批量化生產(chǎn)，但管徑需適應(yīng)鋼帶寬度要求，否則鋼帶廢料較多不經(jīng)濟(jì)。

5) 直縫埋弧焊管(SAWL)

SAWL管是使用壓機(jī)將單塊鋼板垂直軋制方向壓制，自動(dòng)埋弧焊接，生產(chǎn)的鋼管外徑一般為406～1 622 mm，壁厚為8～45 mm(X65)，單節(jié)長(zhǎng)度可達(dá)12～18 m。SAWL在石油天然氣管道上大量應(yīng)用，水利行業(yè)長(zhǎng)基本未采用。SAWL管的生產(chǎn)過(guò)程控制嚴(yán)格，生產(chǎn)效率高，流水線生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，尤其適應(yīng)于厚壁管批量化生產(chǎn)。SAWL管常用的成型方式有“JCOE” “UOE”兩種?！癑COE”不需模具，成型精度略低，可生產(chǎn)非標(biāo)尺寸，適用范圍廣。 “UOE”需要使用不同規(guī)格模具，成型精度和效率高，適用于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格、批量化生產(chǎn)。

6) 鋼管成型工藝確定

經(jīng)對(duì)以上各種鋼管成型工藝分析，本工程D500 mm及以上鋼管采用SAWL管，D300～500 mm鋼管采用HFW或SAWH管，D300 mm以下鋼管采用SMLS管。這幾種鋼管的單節(jié)管長(zhǎng)為6～12 m，現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)縫數(shù)量大大減少，可有效縮短施工工期，降低現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接帶來(lái)的安全隱患。本工程設(shè)計(jì)、施工難度最大的當(dāng)屬穿越元江段鋼管，此處鋼管設(shè)計(jì)壓力14 MPa，管徑D600 mm，采用X70設(shè)計(jì)時(shí)的管壁厚度為24 mm。該段高壓管道專(zhuān)門(mén)采用SAWL工藝按1:1生產(chǎn)出了長(zhǎng)度12 m管節(jié)，進(jìn)行了材料力學(xué)性能試驗(yàn)、鐵研試驗(yàn)、焊接工藝評(píng)定、成品管力學(xué)性能試驗(yàn)以及水壓爆破試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求，證明了輸水工程高壓管道采用SAWL工藝制作是完全可行的。試驗(yàn)用管如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)用管示意

5 高壓閥選型

管道附件主要包括檢修閥、泄水閥、調(diào)流閥、泄壓閥、進(jìn)氣排氣閥、爆管關(guān)斷閥等，本次設(shè)計(jì)管道沿線上的檢修閥和泄水閥選用高壓球閥，能滿(mǎn)足公稱(chēng)壓力14 MPa的要求，主閥設(shè)有旁通管和旁通閥用于閥前后平壓。調(diào)流閥設(shè)在管道進(jìn)入水池或水庫(kù)的入口處，公稱(chēng)壓力不超過(guò)2.5 MPa，選用最后一級(jí)活塞閥，由水位計(jì)精確控制閥門(mén)開(kāi)度從而控制水池或水庫(kù)水位。泄壓閥設(shè)在活塞閥前，由先導(dǎo)閥控制，泄壓壓力值根據(jù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。高壓進(jìn)氣排氣閥和爆管關(guān)斷閥是決定本工程供水安全的關(guān)鍵設(shè)備[10]，其選型設(shè)計(jì)是本次研究重點(diǎn)。

5.1 高壓自動(dòng)進(jìn)氣排氣閥

根據(jù)規(guī)范《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程》CECS193:2005[11]規(guī)定，本工程進(jìn)氣排氣閥采用防水錘型，口徑取輸水管道直徑的1/6，即DN100 mm。據(jù)了解國(guó)內(nèi)已建工程高壓進(jìn)氣排氣閥使用壓力達(dá)到10 MPa的僅有北京冬奧會(huì)工程、中天合創(chuàng)鄂爾多斯煤碳深加工工程等極少數(shù)，生產(chǎn)過(guò)高壓進(jìn)氣排氣閥的廠家極少，比較知名的廠商有：以色列ARI閥門(mén)公司、以色列BERMAD閥門(mén)公司、湖北大禹閥門(mén)公司、武漢閥門(mén)水處理公司等，這些廠家分別生產(chǎn)過(guò)5～10 MPa的高壓進(jìn)氣排氣閥。

本工程高壓自動(dòng)進(jìn)氣排氣閥最大公稱(chēng)壓力確定采用10 MPa，閥按管道最大靜壓不超過(guò)8 MPa進(jìn)行布置[12-13]。對(duì)高壓進(jìn)氣排氣閥專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了1:1產(chǎn)品研發(fā)，進(jìn)行了耐壓、高壓密封、低壓密封、排氣量、補(bǔ)氣量、負(fù)壓開(kāi)啟等型式試驗(yàn)和性能檢測(cè)，發(fā)出了結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

5.2 高壓手動(dòng)進(jìn)氣排氣閥

本工程有20 km以上管線設(shè)計(jì)壓力大于10 MPa，對(duì)如此高壓力的進(jìn)氣排氣閥因無(wú)閥可選，本次設(shè)計(jì)借鑒石油輸送管道設(shè)計(jì)理念。石油輸送管道沿途不設(shè)排氣閥，首次排氣采用壓力水通球方法完成，正常運(yùn)行時(shí)不再考慮管內(nèi)氣體的影響。

本工程對(duì)設(shè)計(jì)壓力10 MPa以上的高壓管段選用高壓手動(dòng)球閥作為進(jìn)氣排氣閥，運(yùn)行期間球閥關(guān)閉，依靠管線沿途設(shè)置的自動(dòng)進(jìn)氣排氣閥實(shí)現(xiàn)排氣和補(bǔ)氣；檢修時(shí)人工手動(dòng)打開(kāi)球閥進(jìn)行排氣和補(bǔ)氣。高壓手動(dòng)球閥操作起來(lái)較為不便，需要多名運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同操作，需制定和執(zhí)行嚴(yán)格的操作規(guī)程?？紤]到管道檢修機(jī)率較低，壓力高，本次設(shè)計(jì)在高壓管段上選用高壓手動(dòng)進(jìn)氣排氣閥。

為減小運(yùn)行期管道內(nèi)部氣體的不利影響，設(shè)計(jì)上通過(guò)加大管道取水口處水深，在沿途設(shè)置足夠的防水錘型進(jìn)氣排氣閥等多種措施，減小氣體吸入量、水中溶解氣體和未排盡氣體在管道內(nèi)可能形成的斷塞流和彌合水錘，確保管道結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)行安全。

5.3 爆管關(guān)斷閥

本工程由于輸水壓力高、管線長(zhǎng)，10 MPa以上自動(dòng)進(jìn)氣排氣閥設(shè)置受限，一旦爆管，產(chǎn)生的高壓水流將對(duì)周邊村莊、建筑物和人身安全造成很大破壞。為防止爆管造成的事故擴(kuò)大，在穿越元江倒虹吸高壓管段的下平段兩側(cè)和前后坡段各設(shè)置1套D600-PN40爆管關(guān)斷閥，主閥選用球閥，事故時(shí)通過(guò)重錘或蓄能罐快速關(guān)閉。為避免關(guān)閥時(shí)在閥后形成真空，在閥后配套設(shè)置大口徑真空補(bǔ)氣閥，通過(guò)大量補(bǔ)氣減小管內(nèi)負(fù)壓。

爆管時(shí)由于管道破口處壓力陡降，將引起管內(nèi)流速迅速加大，此時(shí)爆管關(guān)斷閥若關(guān)閥太快，將對(duì)上游管道造成巨大水錘沖擊，極易引發(fā)二次爆管事故，因此，爆管關(guān)斷閥需經(jīng)過(guò)水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，確定關(guān)閥時(shí)間和關(guān)閥過(guò)程曲線，目前正在進(jìn)行相關(guān)研究。

6 結(jié)語(yǔ)

云南省十里河水庫(kù)工程雖然供水規(guī)模不大，但其管道設(shè)計(jì)壓力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)距離輸水壓力規(guī)模，高壓管道設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)大量調(diào)研、專(zhuān)家咨詢(xún)和一系列科學(xué)試驗(yàn)研究，同時(shí)借鑒了油氣管道行業(yè)成功設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，目前已逐步解決了高壓管道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)難題，力爭(zhēng)在行業(yè)內(nèi)取得技術(shù)創(chuàng)新和科技推廣。