高揚(yáng)程大起伏地形長距離輸水工程水錘防護(hù)實(shí)例研究

韓建軍　陳立志　施童　蘇泉　刁美玲

摘 要：針對我國某長距離壓力輸水工程，通過不同防護(hù)設(shè)備方案比選對管道進(jìn)行水錘防護(hù)實(shí)例研究。結(jié)果證明，在高揚(yáng)程大起伏地形長輸管線中，以空氣閥作為必備的基礎(chǔ)防護(hù)措施，合理設(shè)置抗水錘氣壓罐可有效保證高揚(yáng)程大起伏地形長距離輸水工程的管道運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：壓力長輸管道；高揚(yáng)程；大起伏地形；水錘

引言

長距離輸水工程作為一種解決缺水地區(qū)水資源問題的重要方法，已在多處地區(qū)使用，但長距離有壓輸水管道中水錘現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，尤其高揚(yáng)程大起伏地形長輸管線更易產(chǎn)生水錘，由此造成的損失及傷害不可估量。因此，現(xiàn)針對高揚(yáng)程大起伏長距離輸水工程的特點(diǎn)進(jìn)行水錘防護(hù)實(shí)例研究。

1 工程概況

某長距離壓力輸水工程全長13km，最大落差135m，蓄水池水位515m，吸水前池水位512m。管線起伏大，高點(diǎn)處易發(fā)生斷流空腔水錘及斷流空腔再彌合水錘。穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果管線建議承壓能力為1.0～2.8Mpa，如圖1所示，經(jīng)分析，全線自由水頭均在承壓范圍之內(nèi)。

2 水錘防護(hù)方案的對比研究

本工程實(shí)例中主要采取兩種水錘防護(hù)方案，單向調(diào)壓塔方案和抗水錘氣壓罐方案（以下簡稱“氣壓罐方案”），這兩個方案均以空氣閥為必備基礎(chǔ)防護(hù)措施。

首先，在無任何水錘防護(hù)措施的情況下，根據(jù)電算成果繪制出此工況下的壓力包絡(luò)線，全線多處出現(xiàn)負(fù)壓，如圖1所示。

圖1 管線無水錘防護(hù)壓力包絡(luò)線 圖2空氣閥位置圖

根據(jù)該工程揚(yáng)程高、落差大等特點(diǎn)及以往工程經(jīng)驗(yàn)，為了水錘防護(hù)及通水，在管線坡峰處設(shè)置三級緩排式空氣閥，在管線起伏不大處設(shè)置復(fù)合式空氣閥作為水錘防護(hù)基礎(chǔ)措施。本工程共設(shè)置復(fù)合式空氣閥10處，三級緩排式空氣閥7處。

由圖2分析可知，復(fù)合式空氣閥及三級緩排式空氣閥不能有效緩解管線負(fù)壓問題，當(dāng)發(fā)生停泵水錘時，整個輸水管路沿線仍多段出現(xiàn)水柱拉斷現(xiàn)象，不滿足水錘防護(hù)計算要求，需增加水錘防護(hù)設(shè)備，以保證管線安全運(yùn)行。

2.1 單向調(diào)壓塔方案

由于該工程具有高揚(yáng)程、大起伏的特點(diǎn)，水錘現(xiàn)象很嚴(yán)重，經(jīng)過分析，共設(shè)置四處單向調(diào)壓塔。如表1所示。

單向調(diào)壓塔可以解決管線中大部分的負(fù)壓問題。但是局部高點(diǎn)仍然會出現(xiàn)斷流問題，因此管道運(yùn)行存在一定隱患，需要采取進(jìn)一步防護(hù)措施。如圖3所示。

2.2 氣壓罐方案

在水泵出口處設(shè)一個體積為6m3，充存壓力1100kpa的氣壓罐，與管道連接管的口徑DN250m，兩階段閥關(guān)閥時間第一階段為3s，由全開至90%；第二階段為5s，由90%至全關(guān)。計算結(jié)果如圖4所示。通過設(shè)置氣壓罐可有效降低管道內(nèi)的負(fù)壓。

2.3 方案對比

如表2、表3所示，單向調(diào)壓塔可有效緩解高揚(yáng)程長距離的輸水管道中的水錘降壓，但需要兩階段緩閉止回閥關(guān)閥時間較快，對閥門要求較高。一般閥門較難實(shí)現(xiàn)。相對而言，氣壓罐則既可以防止負(fù)壓又可以防止低壓，抗水錘性能全面、應(yīng)用靈活、安全可靠、運(yùn)行維護(hù)方便，且關(guān)閥時間相對于單向調(diào)壓塔慢。

表2 單向調(diào)壓塔與氣壓罐方案壓力包絡(luò)線對比結(jié)果

表3 單向調(diào)壓塔與氣壓罐方案對比結(jié)果

3 結(jié)束語

綜上所述，在高揚(yáng)程大起伏長距離的輸水管道中將空氣閥及兩階段緩閉止回閥進(jìn)行合理設(shè)置，并在將其作為基礎(chǔ)的水錘防護(hù)措施設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用氣壓罐作為主要的水錘防護(hù)措施，可有效減小水錘帶來的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]金錐，姜乃昌，汪興華，等，停泵水錘及其防護(hù)（第2版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：韓建軍（1972-），男，本科，總工程師，主要從事工程管理。