水利工程评职范文消减长距离输水管道水锤压力的防护设计

　　摘 要：长距离输水管道工程中，破坏性水锤的压力所造成的管道和设备破损是发生水锤事故的主要原因。分析水锤特性并设计出合理的消减水锤压力的防护措施，对于保证输水工程的可靠性和降低管路工程造价具有重要意义。

　　关键词：水利工程评职范文,水锤,防护,设计

　　水锤是在输水过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，引起管道中的水流压力急速上升或下降的现象。在长距离输水管道工程中，最大的安全隐患是水锤事故，负压导致的水锤破坏是泵站系统中较常出现的现象。为此，在输水管道中必须采取一定的水锤防护措施对水锤压力进行消减。合理的水锤防护措施是供水系统安全经济运行的保障。

　　一、水锤产生的原因及破坏形式

　　产生水锤现象的原因是由于水存在惯性和可压缩性，实质是由于管道内水体流速的改变，导致水体的动量发生急剧改变而引起作用力的变化的结果。另一个原因是管道中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，推动水柱运动，这样就会形成气推水、水推气，就会形成水锤，形成大的破坏力。特别是第一次试水，必须排气，排完气后才能充水。

　　水锤的破坏主要表现在水锤压力过高，引起水泵、阀门和管道破坏;或水锤压力过低，管道因失稳而破坏。水泵反转速过高或与水泵机组的临界转速相重合，以及突然停止反转过程或电动机再启动，从而引起电动机转子的永久变形，水泵机组的剧烈振动和联结轴的断裂。水泵倒流量过大，引起管网压力下降，水量减小，影响正常供水。

　　二、水锤的分类

　　根据水锤产生的原因，可以分为关阀水锤(开发阀门突然关闭时引起的水锤);停泵水锤(正在运行的水泵因断电或事故时突然停泵引起的水锤);断流弥合水锤(管道中的压力降低可能使管道中某点的压力隆至水的汽化压力或管道中有空气，空气柱在突然降压时会膨胀，形成水柱分离，而在压力升高时，被分离的水柱再度弥合，互相撞击形成水锤，形成大的破坏力)。

　　二、水锤的防护措施

　　对于长距离输水管道的水锤防护, 要同时抓好设计、施工与运行管理两个阶段的工作。

　　(一)在设计阶段

　　在设计阶段,消减水锤压力主要有采取防止降压(可能形成弥合水锤) 和防止水锤升压两类。

　　1、防止产生负压措施

　　(1)在管路敷设时,尽量使管路平顺,避免局部突起、急弯等现象。

　　(2)在管路中设置调压水箱。一般设置在逆止阀的出水侧,或设置在可能形成水柱中断的转折处,以便在停泵的初始阶段向管道内充水,防止过大的压降。对于长距离输水管道,转折处较多,为避免水柱断裂,可沿管线设置多座调压水箱。

　　(3)设置气囊式水锤消除器。当管路正常运行时,上部为压缩空气,下部存水与管道压力水相通;当管道水压降低时,上部压缩空气将囊中存水压入管道,避免管道压降过大。

　　(4)在管路适当位置设置缓闭止回阀。一般设置在出现水柱分离段的上游和下游,分段逐渐阻断并控制管段的水柱流动,起到一定的防止产生负压效果。

　　(5)在管路隆起处加设自动进排气阀。用以排除管道内聚集的空气,并在管道需要放空和检修时进入空气,保持排水畅通。同时,在管道产生水锤时可使空气自动进入管道,避免产生负压。

　　2、防止水锤升压措施

　　(1)装设水锤消除器。水锤消除器是一个具有一定泄水能力的安全阀,当管路中形成降压或升压水锤波时阀门打开,泄走部分高压水,从而达到减弱增压,保护管路的目的。

　　(2)安设爆破膜片。在管路可能升压很大的管段安一支管,在支管端部用一薄金属片密封。当管中增压超过某一预定值时,膜片破裂,放出水流降低压力,保证管路及设备的安全。

　　(3)安装缓闭止回阀。缓闭止回阀是当事故停泵时,通过相应的传动机构使阀门按照预定程序和时间自动关闭。这样,可以减弱正压水锤,限制倒泄流量,水锤防护效果较好。

　　(二)在施工阶段

　　水锤的防护控制主要在设计与运行阶段,但是不能因此而忽略了施工阶段的重要性,因为施工质量的好坏直接影响着设计意图的实现和今后工程的正常运行。在施工阶段应严格按图施工,施工方法及工艺遵照相关规范、规程的要求进行,确保工程质量。坚决杜绝为节省施工费用,人为减小输水管道厚度、更换不合格的阀门配件等偷工减料的违规行为。另外,监理单位与建设单位要切实履行职责,严把技术质量关,施工过程中若发现有危害工程安全的问题,应及时与设计、施工单位联系,妥善解决,防患于未然。

　　(三)在运行管理阶段

　　在运行阶段水锤防护主要从三方面着手:开(关)阀水锤防护、启泵水锤防护和停泵水锤防护,制定出切实可行的操作规程。

　　1、开(关)阀水锤防护措施

　　最有效的方法是正确延长开(关)阀的时间,缓慢开启、闭合,避免发生直接水锤。

　　2、启泵水锤防护措施

　　启泵前排出管道内空气,打开除水泵出口处阀门外的所有阀门,最后再启泵。当水泵必须在空管启动时,可采用分阶段开阀启泵的方式运行,程序如下:水泵出口阀门打开15%～30%(其余阀门关闭)→启动水泵→管道充满水后开启阀门至需要开度。

　　3、停泵水锤防护措施

　　此处停泵水锤系指正常运行停泵,为了避免产生水锤,应在水泵出口阀门关闭的情况下停泵。对于离心泵、混流泵不应在阀门全关时停泵,宜将阀门关至15%～30%时停泵连锁关阀为宜。另外,为了更好的防止水锤破坏,做到安全运行无事故,要定期对输水管路系统进行维检,避免管道及其附属构配件带病运行。

　　三、水锤防护在工程实际中的应用

　　以某河水至水厂输水管道工程为例,分析长距离输水工程系统水锤及防护措施。

　　该工程设计流量0.1046m3/s,输水管道总长1213km,总扬程278m。输水沿线地形较为复杂,需要穿越高地和东沟,其中中途高地较水厂地面高66m。设计从安全供水消减水锤压力等方面考虑,在中途高地建高位水池一座,水源水抽入高位水池后采取重力方式输水,高位水池前采取二级加压提水方式。一级站至二级站管径为250mm,地形扬程140m,输水管道总118km;二级站至高位水池管径为250mm,地形扬程138m,输水管道总长319km;高位水池至水厂管径为300mm,地形扬程60m,输水管道总长711km。

　　工程设计经水锤计算后,得出若不采取足够的水锤防护措施,建成后系统将难以正常运行的结论。所以设计在管路适当位置设置缓闭止回阀和自动进排气阀,以防止在管路中产生负压;在泵站出口安设爆破膜片和水锤消除器,以防止水锤升压。除此之外,还对管道与设备结构的设计承压进行了精心计算,并按照在计算基础上提高一个等级进行配管和选取设备。

　　工程建成运行至今,发生了一次明显水锤,由于一级站出口水锤消除器阀件失灵引起的,致使爆破膜片被高压水击穿。正因为由于安设了爆破膜片,才没有引起的重大安全事故。同时,也给我们的运行管理敲响了警钟,生产管理运行中,不仅要严格遵守相关操作规程,也要高度重视维检工作。

　　总结

　　总之，在长距离输水管道工程设计中，消减水锤压力、去除安全隐患，预防供水事故的发生，是非常有必要的。管道投资占输水工程总投资的绝大比重，因此对管道及相应的因素要进行详细的分析、了解和设计，根据工程的规模、重要性、地形和地质等条件做出综合判断，以达到更好的施工及使用效果，使管道正常发挥效益。