【摘要】近年來，越來越多的長距離翻山越嶺的輸水工程，這些揚程高、距離長、管線多起伏的輸水管線，最常見而突出的問題就是輸水管線的水錘防護問題。對此長距離輸水管道中閥門啟閉時發(fā)生的水錘效應采取相應的防護措施，以減少水錘帶來的進一步危害，保證供水系統(tǒng)的運行安全。

【關鍵詞】水錘泄放閥；數值模擬；水錘防護

引言

長距離有壓輸水管道易發(fā)生水柱分離水錘危害，尤以高揚程多起伏管道水錘防護難度最大，發(fā)生水錘的可能性最大。根據長距離高揚程多起伏輸水管道系統(tǒng)的特性和多年的經驗，提出此種管道水錘防護的重點是消除斷流彌合水錘，并結合供水工程實例進行水錘防護優(yōu)化提出有效的水錘防護措施。

1、工程概況

共和縣恰卜恰城鎮(zhèn)供水（一期）工程位于青省海南州共和縣境內，本工程為遠距離輸水工程，水源地在切吉鄉(xiāng)東南向的切吉灘上，供水規(guī)模為2.09萬m3/d，管道流量241.68l/s，采用單管輸水，輸水管線總長87.31km。水源為地下水，采用機井泵站取水。引水口地面高程為3266m，輸水干管末端地面高程為2950m，兩地地形差340m，自引水口至管線末端水頭差為340m，輸水干管在運行過程中累計的水頭勢能足以補償水體在管線內流動而產生的水頭損失（因管線前50公里地形成倒虹形式），管道在運行中呈高壓運行。

2、長距離輸水管道水錘常見的防護措施

進行長距離輸水時，管道中的開啟閥門與關閉閥門、啟水泵和停水泵又或者是管道內排出氣體時不流暢都很容易發(fā)生水錘事故。特別是在系統(tǒng)停泵的過程中，其管道中的壓力下降迅速，管道中的重要位置很容易被破壞，水柱彌合過程中的碰撞也會產生很大的壓力，致使管道內壓力升高，從而造成事故的發(fā)生。在進行水錘防護時，對其采用的防護措施有以下幾點：（1）進行啟閥和閉閥水錘的防護措施，可以使啟閥門和閉閥門的操作時間盡可能的延長。以蝶閥為例，在控制總流量時，要在蝶閥關閉之后的25秒以內，分為兩個階段進行關閉，在快關60秒后，進行慢關25秒，利用水錘模擬可得出關閉的最佳時間。（2）起泵水錘和停泵水錘大都是按照先開啟水泵然后在開啟閥門，先關閉閥門隨后停止水泵的程序進行。對于斷流彌合水錘來說，最佳的水錘防護措施為在水力壓力下降的地方往里注入空氣或者水，這樣可以有效的使空腔的情況得到避免。例如，設置空氣閥和調壓池等。還可以采用設置超壓泄壓閥和取消普通止回閥等措施對水錘進行防護。（3）因為排氣不通順而產生管道水錘的的氣爆，在進行設計的時候需要根據長距離輸水管道的縱向布置情況，選擇駝峰處布置排氣閥。

3、需進行水錘防護的情況

（1）在長距離輸水管道時，從低處向高處輸送水時，兩者之間的高度差在20米以上；（2）水泵的揚程過大時；（3）在長距離輸水管道中的水流速度較大時；（4）輸水的管道線很長，地形復雜并且變化很大時；（5）非人工控制時，泵站的閥門很快關閉時。

4、設計過程中對水錘防護的措施

為復核設計的安全性和合理性，對管線進行模擬仿真計算。管線系統(tǒng)恒定流分析關閥瞬變流過渡過程分析、開閥瞬變流過渡過程分析。其中每種工況還分為設計流量和最小流量兩種情況進行分析，通過不同工況，不同流量下的分析，模擬計算給出了閥門、管線管徑、管線保護等方面提出了切實可行的方案。

（1）在管道中注入水或者注入空氣以使氣壓達到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣可以有效的控制水錘的震蕩情況，從而阻止水錘升壓過高的情況出現(xiàn)。這種類型的防護有調壓池和注空氣閥等。（2）由于管線沿程可能出現(xiàn)空氣聚集、沉沙、遠期的摩阻增加等，設計需要留出足夠的余量，以防止可能的供水流量不足等可能，以得到末端理論富余水頭。（3）由于預計小流量工況歷時較長，因此對小流量進行特殊的控制是必要的。設計流量與小流量工況，通過大流量的大控制閥與小流量的小控制閥進行切換實現(xiàn)?，F(xiàn)實當中可以進行自動的或者手動的切換。（4）重力流系統(tǒng)當中，水流方向與氣泡的運動方向向逆，因此每個局部高點、下拐點、部分的上拐點以及相同坡度下每隔600-800米的距離均應設置一臺復合式空氣閥，建議采用質量優(yōu)良的產品，以盡多的減少可能的氣泡聚集，減少因氣泡阻力，保證運行流量。（5）局部點宜采用防水錘型空氣閥，該種閥門具有快速進氣，限制排氣的功能，可以防止可能出現(xiàn)的局部拉斷、彌合水錘。（6）非上述類型。可以使用水泵機組是轉動慣量較大的機組、在設備中增加具有慣性的飛輪等。

在共和供水（一期）工程中，管線一直下坡，為了管線安全運行，在輸水管道部分可能出現(xiàn)超壓水錘的管段設置水錘泄放閥，控制最不利點可能出現(xiàn)的壓力波動也是必要的。當水錘產生并高壓波來臨時閥門迅速開啟泄壓消除水錘，在泄壓后閥前壓力低于設定值，液壓阻尼系統(tǒng)可以控制閥門緩慢關閉，防治閥門關閉過快產生的二次水錘。根據本工程地形的實際特點，為防止處在溝谷地段的管線爆管，產生負壓，破壞管路，在工程沿線幾個高點設置真空補氣閥和彌合水錘預防閥。長距離升壓調水系統(tǒng)中，由于管線較長，因停泵時的流速變化在管線升壓區(qū)的拐點處必然形成負壓水柱分離，分離水柱再彌合就產生了彌合性水錘，該水錘強度大破壞性也大。為了預防彌合性水錘的發(fā)生，我們選用了彌合性水錘預防閥。

5、運行管理方面

不論是在我國還是在國外，很多水錘事故的發(fā)生大多是由于對設備的維修不到位，又或者是在進行操作時的錯誤。所以，對進行設備操作的工作人員需要進一步加強安全合理運行的教育，對設備的維護工作每天都要進行，操作儀器時要遵循運行規(guī)程等，比如：保證水泵系統(tǒng)設備完好；優(yōu)化輸水系統(tǒng)；嚴格按照規(guī)程操作。

6、結語

由于長距離輸水管線具有管線長、流量大、揚程高、多起伏等特點，停泵水力過渡過程比較復雜，其最顯著的特征就是在管線局部高點或者管段可能發(fā)生斷流彌合水錘。因此，必須高度重視事故停泵所引起斷流彌合水錘的分析與防護，并通過詳細的數值計算，找到技術科到、經濟合理、管理方便的停泵水錘防護措施。由本文模擬分析及工程實踐可知，水錘泄放閥可以有效地消減停泵或者關閥引起的正壓水錘，跟一個合適尺寸的水擊預防閥配套可以進一步提高停泵水錘的防護等級，而注氣微排閥可以有效地消除停泵水力過渡過程中的斷流彌合水錘。

參考文獻：

[1]金錐，姜乃昌，汪興華等.停泵水錘及其防護[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.