新疆某輸水工程水錘防護措施簡析

【摘要】針對高揚程、長距離輸水管線進行合理的水錘防護措施設計，了解各防護措施的作用及特點，使各防護措施之間相互配合，可有效控制管道壓力和消除水錘危害，保證管道安全運行。

【關鍵詞】水錘；防護；措施

前言

水錘又稱水擊。水（或其他液體）輸送過程中，由于閥門突然開啟或關閉、水泵突然停止、驟然啟閉導葉等原因，使流速發生突然變化，同時壓強產生大幅度波動的現象。在物理現象上表現為快速傳播的水錘波動。在水錘現象中，起主要作用的是流體本身的慣性和可壓縮性，慣性要維持原來的運動狀態，而流體的可壓縮性和膨脹又引起運動狀態的改變。水錘波動全過程包括壓力波的產生、傳播、反射、干涉乃至消失。當管流中出現水柱分離時，會引起更加復雜的物理過程。

1、項目概述

新疆某輸水工程供水管線布置總體思路是將水源地9口管井（7口工作井，2口備用井）采用水泵抽水經管道連接輸水至1#蓄水池，開采單井設計抽水量為63m3/h。再從1#蓄水池鋪設DN250管道重力自流至S13分水點，分為三路，第一路經DN200管道重力自流至T3，第二路接S13放水閥，第三路經DN200管道重力自流至2#蓄水池，再由T4加壓泵房揚水至3#蓄水池，再由3#蓄水池依次自流至下游需水點。管線總長186km，最大落差830m。

2、項目特點分析

本項目的水錘防護措施設計為重點設計內容。在大高差的輸水過程中，從經濟節約、造價合理的角度出發，在地形高差滿足條件時，采用水泵揚水及重力輸水相結合省時又省力。然而重力流輸水受地形影響更大，尤其在大高差條件下，水錘發生時，輸水管道內將產生一系列復雜的暫態流動現象，嚴重情況下會導致管道凹陷引起生管道爆裂事故。因此，合理采用水錘防護措施對輸水管道的安全運行具有重大意義。在一定程度上可以減輕或避免水錘事故帶來的災害。預防和減少水錘災害的發生，是本工程設計中重要環節。針對本項目施工特點分析后，管道水錘防護措施及必要設備配置主要包括減壓池、水錘消除罐、進排氣閥、超壓泄壓閥、多功能水泵控制閥、分段檢修閥、排水閥等。

3、設備配置的特點分析

3.1減壓池

本工程自流段高位水池至末端用水點，最大落差達830m，共設置三個減壓池，將長距離管線劃分為多個較短、壓力較低的管道，每一段管道的最大靜壓即為兩個減壓池的高差，相應的降低了管道的耐壓等級，減少了工程造價。在減壓池進出水管處安裝檢修閥，便于檢修減壓池。同時由于各級管道用水量和輸水流量不同，容易發生溢池和拉空事故，需要在減壓池中增設液位控制設備，以達到實時監測管線輸水情況的目的。

3.2水錘消除罐

水錘消除罐是根據氣體的體積與壓力的物理規律設計而成，可以伴隨水力過渡過程中管道系統的壓力升降變化，通過向管道注水和再蓄水的方式消除管道的水錘危險。

在發生水錘時，水錘消除罐橡膠內膽中儲存的水必需立即在預充壓和橡膠彈力的作用下快速注入管道，避免管道內形成負壓。經水錘計算后，本工程在T4加壓泵站水泵出口設置一臺2m3水錘消除罐。

3.3進排氣閥

進排氣閥是常見的水錘防護設備，他被廣泛的應用于輸水工程的防護中，在裝設進排氣閥處，如果該處管內壓強開始降至大氣壓強以下時，進排氣閥會向管內注入空氣，用來削減水錘負壓，當管內壓強大于大氣壓強時，進排氣閥會向外界排氣，但液體不會隨著氣體排出。它可以減小因氣堵現象對輸水流量的影響，防止氣爆現象對管道的破壞，防止破壞管道排水時的負壓破壞。

根據地形條件，本工程進排氣閥均布置在地形起伏較大管道高位處，并且間距不小于1km，處。進排氣閥直徑DN50mm。壓力等級根據裝設位置管道水錘壓力確定。

3.4超壓泄壓閥

當泵組事故停機或管道發生水錘時，管道中某段壓力過高，容易發生爆管現象。在此處安裝超壓泄壓閥，可有效減小水擊壓力對管道造成的破壞，當管道壓力陡增至限定壓力時，超壓泄壓閥依據壓力限定值自動開啟排水泄壓，到達實時降低管壓，保護管道的目的。當水壓降低到容許范圍內時，超壓泄壓閥關閉，不再泄水。

經水錘計算后，本工程在水泵出口及管線較易發生水錘處設有水錘防護閥及安全泄壓閥。

3.5多功能水泵控制閥

當泵組事故停機或管道發生水錘時，管路和出水池的水大量倒流不僅造成浪費，還有淹沒泵房的危險，危機泵站的安全。另外，引起水泵機組反轉轉速過高造成的損壞。因此，需要在水泵出口安裝多功能水泵控制閥作為防護措施。

本工程在水源地水泵出口設置一臺多功能水泵控制閥，直徑DN100mm、壓力2.5MPa。T4加壓泵站水泵出口設置一臺多功能水泵控制閥，直徑DN200mm、壓力1.6MPa。

3.6分段檢修閥

長距離輸水管道沿程漏損率會大大增加，沿程個別點出現故障會導致全線輸水中斷，檢修故障點時還需排空整個管道的液體，為下次充水帶來極大地不便。因此，在管道中間增設分段檢修閥的方式可為檢修爭取時間。

本工程管道總長186km，單管最長輸水距離達81.4km。根據地形條件，管線大約每隔7公里安裝偏心半球閥作為分段檢修閥，每套偏心半球閥閥徑同管徑相同，閥后均配套伸縮節以便于安裝及檢修。

3.7排水閥

當管道需要檢修維護時，關閉管道檢修段兩端檢修閥，通過排水閥排空管道內的水。排水閥一般裝設在管道地勢較低處。排水閥的口徑選擇一般根據管道內水量及檢修時間要求確定，口徑偏小排水時間較長，給檢修維護帶來不便。口徑偏大又會增加投資。

4、結束語

水錘計算和防護措施布置設計更復雜。按以往工程經驗來講，對于大高差輸水工程，通常利用設置減壓池分段減壓，再結合進排氣閥進行排氣減壓，并可采用性能優良水錘消除罐進行高壓時泄水泄壓，低壓時補水補壓等防護措施作為行之有效的組合方案。具體到實際工程需進行水錘計算，通過全面的分析比較，提高防護設備的可靠性和有效性，使各防護措施之間相互配合，科學歸納出能夠防止水錘發生的合適的水錘防護方案。

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作者簡介：徐富龍，男，（1989.09-）， 新疆哈密人，畢業于中國農業大學，本科，助理工程師，主要從事水電站水力機械設計。