高揚程大起伏地形長距離輸水工程水錘防護實例研究

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，通過不同防護設(shè)備方案比選對管道進行水錘防護實例研究。結(jié)果證明，在高揚程大起伏地形長輸管線中，以空氣閥作為必備的基礎(chǔ)防護措施，合理設(shè)置抗水錘氣壓罐可有效保證高揚程大起伏地形長距離輸水工程的管道運行安全。

關(guān)鍵詞：壓力長輸管道；高揚程；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)針對高揚程大起伏長距離輸水工程的特點進行水錘防護實例研究。

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 水錘防護方案的對比研究

本工程實例中主要采取兩種水錘防護方案，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)防護措施。

首先，在無任何水錘防護措施的情況下，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)負壓，如圖1所示。

圖1 管線無水錘防護壓力包絡(luò)線 圖2空氣閥位置圖

根據(jù)該工程揚程高、落差大等特點及以往工程經(jīng)驗，為了水錘防護及通水，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壓問題，當發(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，不滿足水錘防護計算要求，需增加水錘防護設(shè)備，以保證管線安全運行。

2.1 單向調(diào)壓塔方案

由于該工程具有高揚程、大起伏的特點，水錘現(xiàn)象很嚴重，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壓問題。但是局部高點仍然會出現(xiàn)斷流問題，因此管道運行存在一定隱患，需要采取進一步防護措施。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。一般閥門較難實現(xiàn)。相對而言，氣壓罐則既可以防止負壓又可以防止低壓，抗水錘性能全面、應(yīng)用靈活、安全可靠、運行維護方便，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行合理設(shè)置，并在將其作為基礎(chǔ)的水錘防護措施設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用氣壓罐作為主要的水錘防護措施，可有效減小水錘帶來的危害。

參考文獻

[1]金錐，姜乃昌，汪興華，等，停泵水錘及其防護（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。