魏聞天

(遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

1 概 述

由于重力流輸水有節(jié)約能源、操作便捷、成本低、投入少等優(yōu)點(diǎn)，許多大型水庫供水工程設(shè)計(jì)時(shí)只要滿足地勢、地貌條件，都會(huì)采用重力承壓流方式進(jìn)行管線供水。采用承壓流輸水方式供水時(shí)，水需要流經(jīng)暗管，進(jìn)入管道后就形成了壓力，壓力的大小與管道的長短相關(guān)。由于供水管線內(nèi)存在水壓，通常管線內(nèi)處于水量充盈的滿管運(yùn)行狀態(tài)。

目前，許多大型水庫供水管線長年運(yùn)行，供水管線不滿管運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)常發(fā)生，且發(fā)現(xiàn)問題慢、處理辦法少，隨著用于貿(mào)易結(jié)算的液體流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)的方式廣泛應(yīng)用，輸水管線不滿管運(yùn)行的情況會(huì)越來越多地被發(fā)現(xiàn)。本文針對大伙房水庫引水工程兩條重力承壓流輸水管線不滿管運(yùn)行情況，采用有效方法進(jìn)行處理，取得了滿意效果。

2 工程概況

為保障沈陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，國家計(jì)劃委員會(huì)于1986年12月26日以《沈陽市大伙房水源供水工程設(shè)計(jì)任務(wù)書》(計(jì)資〔1986〕2639號)批準(zhǔn)沈陽市引用大伙房水庫水。1988年10月沈陽市政府投資開工修建沈陽市引水工程，1993年9月全部竣工。大伙房引水工程運(yùn)行以來，沈陽水務(wù)李巴彥水廠平均日引水量35萬m3，用水量比較穩(wěn)定，年引水量1.3億m3。

大伙房取水頭部工程主要建筑物包括多層次取水豎井與明開前庭，壓力輸水隧洞，壓力配水廠及沈、撫互為備用取水等工程。

壓力輸水隧洞總長311.751m，圓形斷面直徑3.0m，進(jìn)口中心線高程102.5m，出口中心線高程101.49m，輸水洞進(jìn)口用平面滾輪鋼閘門控制。

壓力配水廠布置在隧洞末端，包括進(jìn)水壓力箱，主、副廠房，尾水池，互為備用閥室等主要建筑物，為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。后在壓力輸水洞前增設(shè)水電站，機(jī)組兩側(cè)布置直徑1.6m配水鋼管。

尾水池內(nèi)，左側(cè)設(shè)1.5m×2.0m溢流口一孔，閥門井設(shè)2臺(tái)直徑1.6m電動(dòng)蝶閥?；閭溆瞄y室設(shè)直徑2.2m電動(dòng)蝶閥一臺(tái)。

壓力輸水管(供水管線)從壓力配水廠出口壓力箱及機(jī)組尾水池共同供水至沈陽水務(wù)李巴彥水廠，全長53.093km，鋪設(shè)兩根直徑1.6m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，全程重力流輸水。用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)安裝在尾水池下游壓力輸水管線50m處，設(shè)計(jì)日供水量40萬m3(見圖1)。

圖1 大伙房引水工程供水概況

3 問題產(chǎn)生背景

大伙房水庫管理局與沈陽水務(wù)集團(tuán)簽訂供水合同，并在兩條壓力輸水管線上安裝流量計(jì)，貿(mào)易結(jié)算方式為按表計(jì)量、按量收費(fèi)、定期溯源。一直以來，大伙房引水工程用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)采用拆卸后送開封水大流量站檢定的方式進(jìn)行周期溯源，由于國家出臺(tái)強(qiáng)檢政策，液體流量計(jì)管徑300mm以上已不在強(qiáng)檢范圍內(nèi)，且開封水大流量站目前送檢困難。2019年4月，雙方約定以現(xiàn)場校準(zhǔn)的方式開展周期溯源工作，在第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)表在1號壓力輸水管線頂部無法顯示數(shù)據(jù)，初步判定為管線處于不滿管狀態(tài)，隨即停止了本次溯源工作，給雙方貿(mào)易結(jié)算造成了較大困擾。

超聲波流量計(jì)以測量聲波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間與流量關(guān)系為原理，利用數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，測得流體的流速vm,乘以過流面積A，即可得到體積流量，即Qv=vmA(見圖2)。所以為了保證計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，流量計(jì)運(yùn)行的必要條件是輸水管線一定要處于滿管狀態(tài)，并且管道參數(shù)要設(shè)置準(zhǔn)確。液體超聲波流量計(jì)測量需要聲波在介質(zhì)中傳輸以便測得信號，遇到空氣聲波信號會(huì)產(chǎn)生反射，信號中斷，這就是第三方監(jiān)測結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)表在管壁頂部監(jiān)測不到信號的原因。由此初步得出大伙房引水工程供水管線處于不滿管運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 流量計(jì)工作原理

4 輸水管線不滿管原因分析

目前，大伙房引水工程閥門全部處于開啟狀態(tài)，根據(jù)沈陽水務(wù)李巴彥水廠引水情況和引水工程建設(shè)基本情況，初步分析供水管線不滿管可能原因如下：

a.兩條壓力輸水管線流量計(jì)安裝位置存在氣泡。水流經(jīng)過壓力輸水隧洞及水電機(jī)組進(jìn)入尾水池，再由尾水池進(jìn)入壓力輸水管和旁路配水管混合后進(jìn)入兩條輸水管線。尾水池為明渠，由于多年長期運(yùn)行，水流從尾水池進(jìn)入壓力輸水管后可能帶有氣泡，或機(jī)組檢修、停運(yùn)等原因?qū)е履硞€(gè)時(shí)間段尾水池水位過低，氣體進(jìn)入壓力輸水管線內(nèi)，長期附著在流量計(jì)安裝位置管壁頂部，無法排出。

b.壓力輸水管線進(jìn)口兩個(gè)閥門未完全開啟?？紤]旁路管線為主要供水支路，尾水池與壓力輸水管線之間，2臺(tái)直徑1.6m電動(dòng)蝶閥目前開度為70%，處于未完全開啟狀態(tài)。

c.供水流量小于設(shè)計(jì)流量。目前，大伙房引水工程日供水量35萬m3，而設(shè)計(jì)日供水量為40萬m3，低于設(shè)計(jì)供水流量。

5 解決方案

5.1 增設(shè)排氣閥

在兩條壓力輸水管線調(diào)流閥前增設(shè)了自動(dòng)排氣閥，當(dāng)尾水水流進(jìn)入供水主管線后，自動(dòng)排氣閥可將帶入管線的氣體自動(dòng)排出，保證供水管線在滿管運(yùn)行狀態(tài)下水壓能將管內(nèi)的氣體自動(dòng)排出。

5.2 調(diào)整輸水管線供水流量

2019年5月，大伙房再次申請第三方現(xiàn)場校準(zhǔn)，本次現(xiàn)場校準(zhǔn)用閥門控制加大1號輸水管線流量，減小2號輸水管線流量，隨著1號管線供水流量的加大，自動(dòng)排氣閥內(nèi)有氣體排出，最終實(shí)現(xiàn)滿管運(yùn)行狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)表在管壁頂端可以正常讀數(shù)。但此時(shí)對2號管檢測，頂部卻仍然無法讀取數(shù)據(jù)，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)表位置，在管線上端4/5的位置標(biāo)準(zhǔn)表開始有讀數(shù)(對比結(jié)果見表1)。

表1 大伙房引水工程第二次現(xiàn)場校準(zhǔn)結(jié)果 單位：m3/h

5.3 利用閥門開度調(diào)整管道流速差

在保證1號輸水管線滿管的前提下通過調(diào)整閥門來減小兩條輸水管線的流速差，進(jìn)而增加2號輸水管供水流量。在2號輸水管閥門開度逐漸增大的同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)表在管壁上讀取到數(shù)據(jù)的位置也不斷上移，當(dāng)1號輸水管線瞬時(shí)流量降低到2.47m3/s、2號輸水管線瞬時(shí)流量增加到1.97m3/s時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)表在兩條管線頂部均可讀到數(shù)據(jù)，已滿足現(xiàn)場校準(zhǔn)條件，現(xiàn)場溯源結(jié)果，兩條輸水管線上的流量計(jì)運(yùn)行均在準(zhǔn)確度等級范圍內(nèi)(校準(zhǔn)結(jié)果見表2)。

表2 大伙房引水工程第三次現(xiàn)場校準(zhǔn)結(jié)果 單位：m3/h

5.4 增設(shè)壓力傳感器及手動(dòng)排氣閥

大伙房引水工程受沈陽水務(wù)供水量周期變化影響，兩條輸水管線供水量會(huì)不定期微調(diào)。為了保證兩條輸水管線始終處于滿管運(yùn)行狀態(tài)，且在不滿管狀態(tài)下可察、可調(diào)，在兩條輸水管線流量計(jì)換能器附近安裝了壓力傳感器和手動(dòng)排氣閥，每日對壓力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行巡查并記錄，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)異常，可手動(dòng)調(diào)節(jié)排氣閥，排除流量計(jì)安裝位置附近的氣體，確保流量計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié) 論

輸水管線在不滿管運(yùn)行情況下，用于貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)誤差較大。貿(mào)易結(jié)算問題在供受水雙方?jīng)]有科學(xué)依據(jù)的條件下基本采用協(xié)商解決方式，但無法保證雙方貿(mào)易結(jié)算的公平性。經(jīng)分析輸水管線不滿管運(yùn)行原因并提出解決方案后，提高了供水計(jì)量的準(zhǔn)確性，為雙方公平貿(mào)易結(jié)算提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。