郭曉紅

（山西省張峰水庫(kù)建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

1 工程概況

山西興縣工業(yè)基地水源地水資源綜合開(kāi)發(fā)利用工程一期工程主要解決中鋁興縣氧化鋁項(xiàng)目的生產(chǎn)、生活用水及沿線居民的人畜飲水問(wèn)題，是支撐興縣氧化鋁項(xiàng)目建成后正常生產(chǎn)和生活用水的保障性工程。

該供水工程從黃河灘地后彰河墕水源地開(kāi)鑿大口井取水，嵐漪河入黃河口右岸灘地上的加壓泵站前池，再經(jīng)加壓泵站加壓后沿嵐漪河向上游至龍耳村東的氧化鋁項(xiàng)目蓄水池，年供水規(guī)模930.2萬(wàn)m3。泵站壓力管線全長(zhǎng)10.79 km，揚(yáng)程75 m。全線采用泵站壓力管道單排輸水，管材為鋼管，管徑700 mm。

2 事故停泵水錘模擬計(jì)算

該工程以泵壓輸水為主，事故停泵水錘是計(jì)算的重點(diǎn)。停泵水錘模擬計(jì)算時(shí)，閥前的輸水管道壓力控制在1.3倍工作壓力以下，水泵的最高反轉(zhuǎn)數(shù)控制在1.25倍，以確定液控蝶閥的關(guān)閉時(shí)間及角度。經(jīng)模擬計(jì)算分析，研究管線設(shè)置是否合理，以確定各段管道工作壓力。

3 事故停泵水錘分析計(jì)算

加壓泵站進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位780 m，出水池設(shè)計(jì)水位855 m，加壓泵站安裝水泵2臺(tái)（一工一備）。主管道長(zhǎng)10660.5 m，管徑700 mm，管道壁厚12 mm，出水管閥門(mén)直徑450 mm，泵站凈揚(yáng)程75 m，吸水高度6.7 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程94 m，設(shè)計(jì)流量0.383 m3/s。

3.1 水錘波速

水錘波速計(jì)算公式為：

式中：α——水錘波傳播速度，m/s；

K——水的彈性模量，取2.06×109Pa；

E——管材彈性模量，鋼管為210×109Pa；

D——管道直徑，700 mm；

δ——管壁厚度，12 mm。

經(jīng)計(jì)算，該泵站管道水錘波速為1120 m/s。

3.2 事故停泵邊界條件及計(jì)算工況

該供水工程加壓泵站出口處裝有兩階段關(guān)閉蝶閥，事故停泵時(shí)閥門(mén)按預(yù)先的關(guān)閉程序關(guān)閉。下面分兩種情況對(duì)事故停泵的水錘分析計(jì)算。

一是一臺(tái)水泵運(yùn)行，事故停泵出口閥門(mén)拒動(dòng)作（閥門(mén)失控）情況下水錘分析計(jì)算，即無(wú)閥防護(hù)，事故停泵機(jī)組倒轉(zhuǎn)、倒流。二是一臺(tái)水泵運(yùn)行，事故停泵閥門(mén)按一定程序關(guān)閉水錘分析計(jì)算。通過(guò)分析計(jì)算，尋求發(fā)生事故停泵時(shí)閥門(mén)的最優(yōu)關(guān)閉程序。

3.3 事故停泵水錘分析計(jì)算

兩種工況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 加壓泵站事故停泵主要參數(shù)匯總表

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

一臺(tái)水泵工作時(shí)，當(dāng)出口兩階段關(guān)閉閥拒動(dòng)（失控）情況下，事故停泵機(jī)組倒轉(zhuǎn)、倒流，機(jī)組的最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的1.07倍，沒(méi)有超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的1.2倍。因此，不會(huì)對(duì)水泵機(jī)組造成大的破壞。

在出口兩階段關(guān)閉閥拒動(dòng)（相當(dāng)于無(wú)閥防護(hù)）情況下，事故停泵出口斷面壓力升高不大，與水泵的額定揚(yáng)程相當(dāng)。在距離加壓泵站9180 m處，出現(xiàn)局部壓力波動(dòng)現(xiàn)象，最大壓力達(dá)86.28 m（相對(duì)于泵出口管中心線），不會(huì)造成大的破壞。

管道沿線各斷面均不同程度出現(xiàn)負(fù)壓，但無(wú)明顯大范圍水柱斷裂現(xiàn)象，不會(huì)對(duì)管道造成破壞。

泵站事故停泵蝶閥按最優(yōu)操作程序關(guān)閉，管道各斷面壓力變化較平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)壓力起伏較大的情況。機(jī)組倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速均小于額定轉(zhuǎn)速。

泵站事故停泵蝶閥按最優(yōu)操作程序關(guān)閉，沒(méi)有出現(xiàn)較大范圍內(nèi)水柱斷裂現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

第一，泵出口加裝兩階段的關(guān)閉蝶閥對(duì)高揚(yáng)程、長(zhǎng)距離管道的水錘防護(hù)效果明顯，在操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)算操作程序進(jìn)行，該供水工程加壓泵站推薦的閥門(mén)最優(yōu)操作程序快關(guān)角度60°，快關(guān)角度30°，快關(guān)時(shí)間10 s，慢關(guān)時(shí)間50 s。第二，兩階段關(guān)閉蝶閥具有一閥多用的功能。正常運(yùn)行時(shí)離心泵應(yīng)關(guān)閥起動(dòng)，降低起動(dòng)功率；停機(jī)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉閥門(mén)，后停機(jī)，以防止水倒流、機(jī)組倒轉(zhuǎn)；出現(xiàn)事故時(shí)按預(yù)先的操作程序關(guān)閉閥門(mén)，不會(huì)對(duì)機(jī)組及管道產(chǎn)生破壞，起到一閥多用的目的。第三，泵站如果采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)按上述操作程序進(jìn)行調(diào)試，確保按正常程序操作。第四，管道應(yīng)按要求布設(shè)排氣補(bǔ)氣閥。

4.2 建議

第一，事故停泵水錘計(jì)算沒(méi)有考慮2臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行的情況，如果在實(shí)際工程中有可能出現(xiàn)這種情況，應(yīng)進(jìn)一步分析計(jì)算。

第二，5號(hào)排氣閥設(shè)在樁號(hào)H5+354.20處，6號(hào)排氣閥設(shè)在樁號(hào)H8+637.10處，兩排氣閥相距3282.9 m，建議在5號(hào)和6號(hào)排氣閥之間增加1~2個(gè)排氣閥。6號(hào)排氣閥與7號(hào)排氣閥之間的距離為2059.9 m，可考慮在中間增加1個(gè)排氣閥。