浅析水锤的产生原因及预防措施

　　摘要:水锤是供水装置中常见的一种物理现象，它在供水装置管路中的破坏力是惊人的，对管网的安全平稳运行是十分有害的，容易造成爆管事故。包头供水项目部所在的源水装置是中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目的一项配套装置，有一条207Km长输水管线，由于管线长、扬程高、工作压力大，易产生水锤，该项目部采取泄压保护技术、安装排气阀等措施，保证装置安全生产运行。

　　关键词:水锤;原因;措施

　　一.水锤的作用

　　在压力管道系统中，闸或阀的误操作、泵机组的意外断电、进出水池水位的大突变等意外事件以及水泵机组的非正常启停等，都会造成管道内流速剧烈变化，从而引起动量交换，致使水体冲量改变，对管壁、水泵以及阀门等附件产生巨大的冲击力， 在水体惯性和可压缩性、管壁弹性以及系统阻力作用下，管道内水的压力和密度不断交替变化，直至稳定，工程上称这一水力过渡过程状态为水锤现象。

　　在实际工作中，水锤主要为事故关阀水锤和事故停泵水锤。事故关阀会引起泵和管道内水流流速急剧变化，会造成阀及其连带部件损坏，若遇到某处水管强度不够，又会引发爆管现象;事故停泵，当泵处于制动工况时，管内水压力很可能降至汽化压力而在管道中的某些截面发生水柱分离现象，形成更大的水锤压力， 对管壁造成较大的冲击力。包头水务项目部系长距离输水管道系统，水锤事故发生后水柱分离持续一定的时间， 发生再弥合水锤的几率较大，因此如何科学进行水锤分析和及时制订相应水锤防护策略，是包头项目部泵站安全 生产中不容忽视的一项重要运行管理内容

　　二.泵站水锤分析

　　对泵站进行水锤分析，需在了解泵系统构成的前提下，对泵系统工况进行分析，以便找出诱发水锤的因素，为制订水锤防护策略提供实际依据.。

　　1.泵系统构成。包头水务项目部泵系统由蓄水池、泵进水管路、泵、泵出水管路、长输水管线等组成。

　　2.正常工况水锤分析。泵系统正常工况包含正常运行工况和正常开停机工况两种情况。在正常运行工况下，包头项目部泵站泵系统的主机(包括给水泵和电机)及其辅助设备(包括泵进出口阀、泵出口调节阀、出站调节阀，长输水管线排气阀等)的设备状态是良好的，无诱发故障和事故的因素，管道中水流平稳且挟气量低.

　　包头水务项目部泵站的瞬变过程主要有以下几种：

　　2.1取水口检修闸阀调节流量时引起的水流瞬变过程; 3)进水池检修蝶阀调节水位时引起的水流瞬变 过程; 4)压力水箱检修蝶阀调节压力时引起的水流瞬 变过程; 5)停机后水流还未达到平稳又按正常开机程序 开机的水流瞬变过程; 6)开机后水流还未达到平稳又按正常停机程序 停机的水流瞬变过程. 由于正常工况下，水流平稳，泵系统不会产生超出 设计的压升或压降，因而不会诱发水锤现象.

　　2.2异常工况水锤分析，包头水务项目部泵站泵系统异常工况主要有三类。

　　2.2.1 事故停机。泵系统在发生泵进出口检修蝶阀关闭、泵出口 液控蝶阀事故关闭、定子或轴承温度过高、冷却水 中断、电气事故以及按手动紧急停机按钮等事件的 情况下，都会导致事故停机，这些事件实际上构成 了事故停机的必要条件.事故停机的水锤大小主要 与泵结构、水锤防护设备(如出口液控蝶阀、调压 塔、排气阀等)的调压功能等外在因素有关(具体 分析参见 3.2).

　　2.2.2 正常运行中泵系统部件突然出现故障 这种情况下，故障不会构成事故停机必要条件， 但如果任由故障继续存在，一旦故障发展成为事故， 同样会导致事故停机.

　　2.3.3 在瞬变流中开停机只要开停机水锤压升不遭遇被分离的水柱再弥 合，这类异常工况将不会产生较大的水锤压力，但 对泵系统的破坏无疑是不可忽视的.

　　3 泵系统水锤防护策略

　　水锤分析的目的是为了制订相应的水锤防护策略.泵系统水锤防护有两层含义，第一层含义是防止水锤现象的发生;第二层含义是将水锤危害程度降到最低.前者实际上要求运行人员使泵系统保持正常工况;后者则要求设计者事先制订水锤防护策略，运行人员及时采取水锤防护措施.

　　3.1保持泵站系统处于正常工况。

　　3.1.1 保持泵系统设备完好。采用的是全线集中控制的方式，通过SCADA系统事实准确监控全线的运行工况， 结合《水务部源水装置岗位操作法》和《水务部源水装置工艺技术规程》做好启停泵操作工作，确保泵系统运转正常;正常运行期间要求工艺、设备、仪表、电气等技术人员每天2次对泵房设备进行检查，及时发现问题。维修人员每天2次对运行设备进行巡回检查，发现问题及时处理。操作人员每天6次对设备进行巡回检查，及时发现隐患。2021年4月对泵站的6台外输泵进行维护保养。

　　3.1.2 保持泵及管道中水流挟气量低 可通过启泵前对进站管道进行及时排气实现。泵站进站管线和出站管线及给水泵、外输泵进出管线均安装有排气装置，保证管道内气体排出。同时制订相应的排气操作规定，管道气体排气质量得以保证。

　　3.1.3 保持水流流态平稳。正常运行期间，要做好以下工作： (1)当福源泉送水时，及时观察进站管线压力，发现波动较大时，外操人员及时排气;(2)调节出站流量时应缓慢匀速，直至水流平稳; (3)调节压力时应缓慢匀速，直至水流平稳。而正常启停机前，除应保证上述工作已做好之外，还要做好停机后若需要再开机，应间隔20分钟，不能立即启动。

　　3.2 设计和运行两方面降低水锤危害。

　　对设计者来说，将水锤危害降到最低意味着要 制订水锤防护策略，防患于未然;而对运行管理者 来说，将水锤危害降到最低则意味着做好水锤防护措施，不让水锤危害扩大，尽量减小危害程度。

　　3.2.1在出站端设置调节阀调节出站压力，控制水锤事故的发生。较小的水锤压力增加可通过出站调节阀调节压力，当水锤压力增加超过一台输水泵运行扬程时，可停一台输水泵，以延缓水锤事故的增长，进而增加处理时间。

　　3.2.2在长输水管线进站端和出站端设置的泄压阀，当水锤压力超过泄压指时，泄压阀打开，管输介质泄入蓄水池中，避免水锤压力进一步增加，影响管道安全。

　　3.3.3给水泵入口汇管、外输泵入口和出口汇管、出站管线上设置压力开关，用于管道联锁程序。

　　3.3.4长输水管线上安装排气阀、排水阀，避免水锤的发生。

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　　4 结语

　　进行泵站水锤分析和防护策略研究，归根到底是为了规范泵站运行管理和保持机组完好状态的需要，在实际工作中应该按照运行操作规程进行泵站的运行和管理，严禁误操作，并及时发现诱发水锤的因素，消除水锤隐患，从而实现泵站安全经济运行。

　　作者：张玉君