長距離輸水管道出現水錘現象的原因及解決對策研究

【摘要】隨著我國城市化的發展進程越來越快，使得了我國的供水管網系統也日益龐大。作為給人們生產和生活提供水資源的供水管道，是城市供水系統的重要組成部分，一旦供水管道出現故障，將會嚴重影響到城市居民的生產和生活。然而在管道輸水的過程中，水錘現象時有發生，有時甚至會導致管道出現爆裂現象。因此，對供水管道發生水錘現象的原因進行分析，并通過相應的措施加以解決意義重大。本文就此展開了分析和探究，以供相關人士參考。

【關鍵詞】供水管網；水錘；爆管；必要性

一、前言

隨著城市供水需求的日益增加，極大的增加了城市供水系統的壓力。近年來，城市供水管道出現爆管的現象越來越多，不僅造成了極大的水資源浪費，同時還嚴重影響到了城市居民的正常生活。因此，加大對城市管道水錘現象的分析與研究具有非常重要的現實意義。

二、水錘產生的原因

水錘的產生實質上主要是水流在管道內的流速發生變化造成的。由于水流具有慣性和可壓縮性，在流動過程中水流速度發生變化就會引起水體的總動量發生急劇變化，這部分變化就會用力的形式作用于輸水管路內壁上，對輸水管路產生極大的撞擊力，損壞輸水管路。水錘的破壞力極強，是工程最大的安全隱患，因此在長距離的輸水工程中，一定要考慮如何消減，水錘壓力，采取有效的防護措施。只有這方面做好了，才能保證輸水工程的安全有效運行，保證人民的生命財產不受損失。在水錘引起的輸水工程安全事故中，由負壓引起的水錘破壞是泵站系統中最容易出現的。為此，我們要著重考慮這方面的問題，把水錘壓力消減到安全可控的安全范圍之內。

除了管路內水流速度發生急劇變化能產生水錘外，還有另一個原因，就是輸水管道內有空氣。空氣在管道內占用了一部分空間，當內部壓力突然發生變化時，空氣柱受到擠壓會急劇膨脹，這時候空氣柱會推動管道內水體流動，形成氣推水、水推氣的現象，這就是水錘。由于氣體受力壓縮后，釋放時會產生很強的力，因此這種水錘的破壞力很大，我們要想辦法盡量消除它。特別是在第一次試水的時候，一定要先將空氣排出，排完氣后才能充水。

三、水錘的防護措施

1 沿線管道縱向設計的水錘防護

只要是通過水泵打壓的方式進行輸水的，在輸水管道內都會產生水錘。特別是長距離的輸水運輸中，管道內的水體流速經常會發生變化。水流速度的改變也必然會引起管道內壓力的大小變化，這就決定了水錘是不可能完全消除的。我們可以做的，就是盡量消弱管道內部的這種壓力的極具變化，從而消減水錘的破壞性。在實際的輸水過程中，輸水管道內是水氣兩相流，它們混合在一起一塊運行。而氣體的存在更有利于形成水錘，這是我們所不希望的。因此，我們要結合輸水管道的縱向布置情況，在每個較緩的駝峰處布置排氣閥。最好在工程施工初期就研究計算好不同工況下的水流狀態，為以后安裝排氣閥做好準備。在鋪設輸水管道時，水平段的排氣問題尤為重要。這里沒有先天的駝峰地勢，沒有制高點安裝排氣閥。因此，在施工時要人為的把管線布置成隔一段設置一個高點，用來安裝排氣閥。根據以往經驗，水平段應該每隔600～1000m的距離設置一個排氣閥。另外，由于水在管路內的狀態十分復雜，因此排氣閥的選擇和安裝非常重要，它直接影響管路內的排氣情況。由于水流流態的復雜性，也就造成了排氣的困難，因此不但要確定排氣閥的合理數量，合適位置，還要對排氣閥種類和性能高度重視。

2 停泵水錘防護分析

停泵時管路內水體流速發生極大變化，產生的水錘破壞力非常強，對水泵站和整個輸水系統危害很大，并非常有可能引發安全事故。所以說，對停泵水錘的防護一定要做到位，全面考慮，根據實際情況制定具體有效的防護措施來消除或者降低停泵水錘。

（1）減壓閥恒壓閥防護。減壓閥的優點是它能有效消減水錘的破壞，缺點是輸水管道完全放空，再次啟動充水時非常困難，用時較長，并且具有一定的危險性；恒壓閥的優點是始終保持管道滿管水流，再次運行時打開閥門即可，非常方便，但易產生關閥水錘。在實際運行時多采用關閉下游出口閥的方法。

（2）緩閉蝶閥防護。消減關閥水錘最簡單有效的方法是延長閥門關閉時間，減緩水體流速的突然改變，讓管道內壓力平穩變化。這些方法包括：采用雙速閥門；在閥門處布置旁通管；對閥門最后15%-20%開度提供緩沖保護；在某些情況下，可以考慮安裝進氣閥或液壓氣室。這種延長閥門打開和關閉時間的方法對大型閥門來說是簡單易行的。對長管道的水錘危害問題應進行專門研究，綜合采用多種手段，也許可能開發出某些特種閥類產品。

3 分段減壓消能

在長距離的輸水管道中，由于管道的長度很長，每一段的壓力變化都不相同，因此要進行分段減壓才能夠有效消除水錘。具體方法是：按照工程所鋪設的管道長度，將其截取成若干個不連續的部分，在每個管道的末端都安裝閘閥和消能設備，通過減壓設施的調節，可以有效保證各段管道所承受的壓差不會過大，這樣很大程度上消減了水錘的壓力，進而減弱了水錘對輸水管道的損害。比如在萬家寨引黃工程的聯接段，就是將整個輸水管線劃分為三個區段，使得每段管道的最大工作壓力不超過1M Pa。

四、結束語

綜上所述，城市供水管網之所以會出現爆管的現象，主要在于管道中氣水兩相流不穩定所引起的，因此要想解決這一問題，將管道中的氣體平穩快速的排出是最為根本的解決途徑。因此，作為相關的技術人員和水利工作人員，需不斷努力提高自身知識水平，積累總結經驗，努力提高實踐作業效率，保證長距離輸水工程的順利開展。

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