膠東調水工程水錘防護措施

齊成新

（山東省調水工程運行維護中心牟平管理站，山東 煙臺 264100）

0 引言

引水工程建設活動在實際開展時，應該重視一些細節問題，這是一項需要重點關注的建設工程，其基本工作內容涵蓋著管道水錘防護問題。長距離大型輸水工程建設活動的開展對施工工作人員的要求比較高，在實際運行過程中會遇到爆管等多種問題，這為長距離多起伏輸水管道工程施工活動的開展帶來了很大的安全隱患。在實際運送水資源的過程中，長距離承壓輸水管道很容易因防護不到位發生水柱分離現象，進而對整個輸水管道造成非常嚴重的損壞。因此，長距離多起伏輸水管道水錘防護措施的研究具有非常重要的積極意義。

1 膠東調水工程項目概述

膠東調水工程是山東省“百”字形骨干水網的重要組成部分，由引黃濟青工程和膠東地區引黃調水工程組成，其中膠東地區引黃調水工程是山東省投資的遠距離、跨流域、跨區域大型水資源調配工作。工程自濱州市博興縣打漁張引黃閘引水，途徑濱州、東營、濰坊、青島、煙臺、威海6市16個縣（市、區），輸水線路總長482 km（其中利用引黃濟青既有輸水線路172 km，新辟輸水線路310 km），是實現全省水資源優化配置、環節膠東地區水資源供需矛盾、改善當地生態環境的重要水利基礎設施。

膠東調水工程管道暗渠段管道總長約120 km，多經過山地、丘陵，起伏較大，根據沿線管道埋深、地質等情況，采用預應力鋼筒混凝土管（PCCP 管）、螺旋鋼管和玻璃鋼管三種管材；根據沿線管道壓力不同，管材直徑為2 200、2 000、1 800 mm和1 600 mm四種型號。輸水管道運行時受到威脅或爆管的主要因素是水錘和高壓氣柱，為解決這個問題，暗渠調水工程沿線根據高程不同設高位水池、無壓水池、泄壓閥、調流調壓閥和多個閥門井、排氣井。

2 水錘的危害

水錘現象會對整個輸水工程的安全性產生較大的影響，甚至情況嚴重時會引發嚴重的安全事故，對輸水工程帶來巨大的損失，致使輸水工程的安全性大大降低。而且在水力過渡的過程中，很可能造成水柱的相互分離以及在管道內部產生水錘現象，這樣不僅會對整個輸水管道造成嚴重的破壞，而且還會對整個輸水工程建設造成巨大損失。在實際輸水過程中，許多安全性操作的失誤都會導致水錘現象的產生，進而對整個供水工程的安全性造成較為嚴重的破壞。由于中國地形環境較為特殊，因此這也導致長距離多起伏輸水管道經常發生水錘事故，尤其是在一些海拔位置較高的西北和西南區域。水錘事故會對整個輸水工程造成嚴重影響，水錘現象會引發輸水管道的破裂，進而對正常供水造成嚴重的不良影響，情況嚴重時水錘事故甚至可能導致整個輸送泵站被淹。除此之外，水錘事故不僅會對整個輸水工程造成不良影響，對人民的生命財產安全構成極大的危險。水錘結構見圖1。

圖1 水錘結構圖

3 膠東調水工程中長距離多起伏輸水管道水錘防護措施

長距離多起伏輸水管道中很容易產生水柱分離現象，水錘的產生對整個輸水管道會產生非常嚴重的危害。因此在長距離多起伏輸水管道的實際運行過程中，一定要結合輸水管道的實際運行狀況，為長距離多起伏輸水管道建立一套科學且合理的水錘防護措施，以此來充分保證整個輸水管道的正常運行。

3.1 調壓塔

調壓塔主要是通過補水的方式讓長距離多起伏輸水管道在輸水過程中達到穩壓的效果。通常情況下調壓塔分為單向調壓塔和雙向調壓塔兩種模式。其中一種是充水調壓塔，這種調壓塔是由水箱、止回閥、注水管以及單向調壓共同構建而成，將這些裝置共同設置于一個裝滿水的管道容器塔內，這樣就能夠有效防止網絡內部的水柱產生分離現象，對減少斷流水錘也能夠發揮一定的影響作用。單向調壓塔在實際輸送水資源的過程中輸送方向是屬于單向的，只有調壓塔內部的水才能夠被允許進入管道中，但是不允許產生回流現象。在實際運用的過程中這種單向調壓塔的安裝不僅可以顯著降低水箱的整體高度，而且對水箱整體體積的要求并不嚴格，這可以有效降低安裝成本。在單向壓力調節塔的作用下，當長距離多起伏輸水管道處于負壓狀態時，可以長時間保持注水的連續性，防止在長時間輸水過程中因水柱產生破裂現象。在實際運用過程中，一定要密切關注可能對長距離多起伏輸水管道造成水錘影響的因素，以此來保證單向調壓塔函數能夠自始至終保持最小值，以此來促使單向調壓塔在實際運用過程中最大限度地發揮其自身應有的預防性作用，能有效增強長距離多起伏管道在實際運用過程中對水擊的防護。在單向調壓塔利用的過程中，環境問題也是一個重點，考慮到北方特殊的氣候，應該做好相應的防凍細節，通過將冷水箱排空，達到保護成效，盡可能地減少長距離多起伏輸水管道調壓保護設備受到的威脅，以免造成巨大的經濟損失。見圖2。

圖2 單向調壓塔結構原理圖

3.2 全壓高速排氣閥

全壓高速排氣閥重點是運用至輸送水和其他液體的管道之上，用于排除管道中的氣體，為管道提供有效的保護，避免受到氣爆破壞，也可適當地提升輸水的效率。全壓高速排氣閥的基本特征是用浮球杠桿機構通過浮力有效控制排氣閥大排口啟閉，達到理想目的。其結構如圖3所示，1代表液壓缸；2代表全壓高速排氣閥的活塞桿；3是靶體的排氣蓋板；4是全壓高速排氣閥的排氣口；5代表浮筒；6是殼體。全壓高速排氣閥可以很好地滿足多段水柱、氣柱相間條件下的高速排氣需求。

圖3 全壓高速排氣閥結構圖

3.3 超壓泄壓閥

長距離多起伏輸水管道的水力可以在瞬間發生變化，這種變化可引起輸水管道中較為顯著的壓力變化。當長距離多起伏輸水管道中的壓力過高時，超壓泄放裝置應該處于打開狀態，以這樣的方式來充分發揮此裝置的效果，有效降低長距離多起伏輸水管道的內部壓力。同時使輸水管道恢復正常輸送狀態，減壓閥關閉后長距離多起伏輸水管道內部的壓力也會隨之下降，進而使減壓閥恢復到自動關閉狀態。超壓泄壓閥結構見圖4。

圖4 超壓泄壓閥結構圖

3.4 其他水錘防護措施

其他水錘防護措施在實際運用的時候，也需結合基本的情況加以分析，確保保護效果充分體現。在泵系統處于正常運行狀態時，因水泵壓水側水壓明顯高于吸水側的水壓，止回閥關閉。在事故斷電時，泵會突然停止，水泵站出口位置的壓力急劇降低，吸水側壓力則會迅速升高。面對這樣的差壓，吸水總管中的瞬態高壓水會將止回閥板流向壓水總管的瞬態低壓水，讓此處的低水壓明顯升高。此外，讓水泵吸水側的水錘及時升壓也會有所降低。由此可見，水泵站兩側的水錘升壓或者是降壓，均能得到有效地控制，以此可以合理地減少水錘危害。長距離輸水管道在每一段管道位置都會產生一定的壓力，但是這也在一定程度上對長距離多起伏輸水管道產生很好的保護作用。然而在長距離多起伏輸水管道中增加了幾個止回閥，這也增添了水錘防護的工作量，致使長距離多起伏供水的成本大大增加。但是在各工作系統的防護環節方面，也有效增強了水泵的功率，最終致使水泵的實際功率能夠保持在正常運行的狀態。

4 結語

綜上所述，隨著社會的快速發展，人民群眾的生活水平也有了很大提升，人們對水資源的需求量也在逐步增加，這也大大促進了水利工程建設的進步和發展。在開展輸工程建設活動的過程中，最重要的內容便是長距離多起伏輸水管道的水錘防護工作。在實際工作的過程中，水資源對輸送管道內部壓力的作用會受到多種因素的影響，因此在運用實際防護措施的過程中一定要結合輸送管道的實際情況，對影響長距離多起伏輸水管道的因素進行合理性分析，進而建立起一套科學且合理的防護措施，以此來充分提升長距離多起伏輸水工程安全性，進而保證中國經濟的穩定發展。