趙海洋

【摘 要】長(zhǎng)距離有壓輸水管道在我國(guó)的運(yùn)用越來(lái)越廣，而且隨著輸水管道新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)和新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，在我國(guó)很多山區(qū)等地形相對(duì)復(fù)雜的地方，這種長(zhǎng)距離有壓輸水管道運(yùn)用的案例也越來(lái)越多。由于管道從設(shè)計(jì)到安裝，到后期運(yùn)行的過(guò)程中很難避免在管道中形成局部氣囊，管道中的氣囊對(duì)輸水管道的安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很大的危害。因此要想盡量減少或防止由于氣囊的形成對(duì)輸水管道的危害，就要從研究有壓輸水管道中氣囊的形成原理開(kāi)始，進(jìn)而采取有效的防治措施。論文分析了有壓輸水管道中氣囊的形成及常見(jiàn)的防治措施。

【Abstract】Long distance pressure pipeline is increasingly widely used in China， and with the continuous development of new technology and new pipeline products emerging， in many of China's mountainous and complex terrain areas， the application cases of long distance pressure pipeline are more and more. As it is difficult to avoid the formation of local airbag from the design to installation to later operation of this pipeline， the airbag has a great harm on the safety operation of water pipeline. So in order to reduce or prevent the hazards form the formation of air bags to the pipeline， we need to research on the formation principle of airbag in pressure pipeline， to take effective measures to prevent and control it. The paper analyzes the formation and common prevention and control measures of the airbags in the pipeline.

【關(guān)鍵詞】氣囊形成；防治措施；有壓輸水管道

【Keywords】formation of air bags； control measures； pressurized water supply pipe

【中圖分類號(hào)】TV672+.2 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）12-0154-02

1 引言

在國(guó)家不斷推行環(huán)保新政的條件下，寧東環(huán)保工程煤化工園區(qū)至南湖輸水管線附屬工程是寧東環(huán)保工程的重要輸水管線，其輸水能力為45000m3/d，管線總長(zhǎng)59.1km，輸水管路管徑為DN600～DN1000，管路沿線地形高差較大，管道工作壓力為1.45MPa至2.4MPa。像這種有壓長(zhǎng)距離輸水管道在運(yùn)行中會(huì)在局部形成很多氣囊，這些氣囊的形成會(huì)對(duì)管路的正常運(yùn)行帶來(lái)很大的阻礙，因此就有壓輸水管路的氣囊運(yùn)動(dòng)理論作如下淺析。

2 有壓輸水管道中氣體的形成

有壓輸水管道在運(yùn)行中氣體的常見(jiàn)來(lái)源有：管道排氣不暢在局部形成空氣囊；運(yùn)行中的水泵突然停止運(yùn)行使管道局部產(chǎn)生真空引起管道從排吸氣閥吸入空氣；閥門(mén)突然關(guān)閉使管道局部產(chǎn)生真空引起管道從排吸氣閥吸入空氣；水泵的葉輪負(fù)壓區(qū)氣體釋放等。還有一個(gè)可能經(jīng)常被我們忽視的因素，就是吸入水泵中的水體本身會(huì)溶解一部分空氣。據(jù)研究表面，水中最大體積含氣率約為2%，即每立方米水含有的溶解性氣體量約為20L，當(dāng)有壓輸水管道的運(yùn)行狀態(tài)由有壓運(yùn)行變?yōu)榈蛪哼\(yùn)行或無(wú)壓條件下時(shí)，水中含有的溶解性氣體會(huì)以微小氣泡的形式迅速析出，并隨著水流運(yùn)動(dòng)形成大體積的氣泡或者氣囊。比如，寧東環(huán)保工程中煤化工園區(qū)至南湖輸水管線從煤化工至高位水池為DN800～DN1000球墨鑄鐵管（距離高位水池1km處為DN1000球墨鑄鐵管），從高位水池至梅花井段輸水管路為Dn600鋼骨架塑料復(fù)合管。像這種由大管徑變?yōu)樾」軓降妮斔艿乐校捎诠軓降耐蝗蛔兓?，引起輸送介質(zhì)的流速突然增大，壓強(qiáng)減小，導(dǎo)致輸送水中的溶解性氣體析出，形成氣泡或氣囊。

3 輸水管道中氣體（氣囊）危害分析

有壓輸水管道，尤其是長(zhǎng)距離有壓輸水管道由于大體積氣體或氣囊的存在，導(dǎo)致的爆管事故在這種長(zhǎng)距離有壓輸配水工程中可謂屢見(jiàn)不鮮。長(zhǎng)距離輸水管道一般壓力都較小，管道中由于各種因素引起的氣體一般存在于管道上部或者管道凸起的地方。管道中存在的大體積氣體或者氣囊隨水流動(dòng)時(shí)由于管道坡度、管道阻力（管道材質(zhì)不同，管道阻力也不同）及管道轉(zhuǎn)彎、變徑的地方而分散聚合，極易造成氣囊兩端壓差變化，這種壓差變化很可能會(huì)造成管道中壓力驟降或突增，引起管道壓力震蕩，對(duì)輸水管道或管件造成危害。輸水管道中水錘的產(chǎn)生其中很大一部分原因是管道中大體積氣囊的存在。如著名美國(guó)水錘專家V.L.Streeter在其所著《瞬變流》（Hydraulic Transients）一書(shū)中介紹了一個(gè)實(shí)例：一條由水池接出的直徑為1m、長(zhǎng)度為61m的單一管道，水池水位為30m，距管道末端12m一端存有空氣，管首端閥門(mén)在0.95s內(nèi)打開(kāi)，該管段開(kāi)始時(shí)絕對(duì)壓力為102kPa，在接近2.5s時(shí)壓力猛增至絕對(duì)壓力2331 kPa（約223米水柱），由此可見(jiàn)氣囊運(yùn)動(dòng)所引起管道壓力振蕩的嚴(yán)重程度。

4 輸水管道中氣體（氣囊）危害的防治措施

從理論上講，防止輸水管道中氣體（氣囊）危害一般有三種防治措施：輸水管道設(shè)計(jì)合理，輸水管道在正常運(yùn)行條件下，不會(huì)產(chǎn)生可危害輸水管道正常運(yùn)行的大體積氣體或氣囊；嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，保證管道排凈氣體，任何狀態(tài)下都不產(chǎn)生氣囊運(yùn)動(dòng)型斷流彌合水錘[1]。

從技術(shù)措施上講，輸水管道防治氣體或氣囊的危害措施一般有以下幾個(gè)方面：第一，設(shè)排氣井，安裝自動(dòng)排氣閥。輸配水管路中設(shè)自動(dòng)排氣閥是目前最常用的方法，也是最經(jīng)濟(jì)合理并且有效的方法。排氣閥的設(shè)立原則是：應(yīng)合理選擇排氣閥的安裝位置及間距，筆者認(rèn)為輸水管路應(yīng)每1～1.2公里處設(shè)一個(gè)排氣閥，排氣閥應(yīng)安裝著此段輸水管路途經(jīng)地形的高點(diǎn)；選擇合適口徑及合適結(jié)構(gòu)的排氣閥；對(duì)于輸送距離不是很長(zhǎng)（管路長(zhǎng)度一般10km以內(nèi)），且地形相對(duì)平坦的輸配水管路，建議選擇單筒式浮球排氣閥即可滿足使用要求；對(duì)于長(zhǎng)距離（管路長(zhǎng)度10km）以上，地形起伏相對(duì)較大的輸配水管路，建議選擇在多段水柱、氣柱相間條件下能持續(xù)排氣且?guī)Ь忛]的排氣閥。第二，在管道的重要部位安裝空氣罐及其同樣類型的穩(wěn)壓吸壓裝置，利用空氣罐及其同樣類型的穩(wěn)壓吸壓裝置直接吸納或消除水錘升壓波?？諝夤奘且环N內(nèi)部充有一定量要壓縮空氣的金屬水罐裝置[2]。當(dāng)發(fā)生水錘管內(nèi)壓力升高時(shí)，原壓縮的空氣被再度壓縮，起到氣墊消能作用；而當(dāng)管內(nèi)由于突然停泵壓力陡降，甚至可能發(fā)生水柱分離時(shí)，又可利用壓縮空氣膨脹向管中注水，因而有效地消減了停泵水錘的危害。這種方法在城市輸配水工程中運(yùn)用相對(duì)較少。第三，利用調(diào)壓塔吸收升壓波。目前，在長(zhǎng)距離有壓輸配水管道中，運(yùn)用的比較多的是箱式雙向調(diào)壓塔。箱式雙向調(diào)壓塔的調(diào)壓方式是在其活塞上部承受箱內(nèi)水深的壓力，活塞下部承受管道壓力，活塞上部面積大，下部面積小，且其面積的比值根據(jù)箱式雙向調(diào)壓塔的水深即高度要求和管道內(nèi)壓的大小決定。在正常運(yùn)行時(shí)，管道內(nèi)壓等于或小于其最大設(shè)計(jì)水壓，活塞上部總壓力大于或等于管道對(duì)活塞下部的總壓力，活塞靜止不動(dòng)，被壓在閥座上，并保持活塞與閥座間的密封。

箱式雙向調(diào)壓塔一般裝于管道重要部位，其底部通過(guò)三通與主管道連通，頂部必須與管道穩(wěn)定運(yùn)行的最高水壓線同高?？赏ㄟ^(guò)注水防止管道斷流水錘發(fā)生，可通過(guò)泄水削減水錘壓力峰值。箱式雙向調(diào)壓塔一般安裝于閥門(mén)井內(nèi)，為工程應(yīng)用創(chuàng)造了較為方便的條件，得到廣泛應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王亞平，薛東娥. 輸水管道中氣囊運(yùn)動(dòng)危害及防護(hù)[J]. 水力采煤與管道運(yùn)輸，2001（01）：25-27+48.

【2】金維，姜乃昌，汪興華.停泵水錘及其防護(hù)[M].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993.