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        某工程采用泵送流式輸水系統(tǒng)水錘運(yùn)行工況模擬計算分析

        2022-10-12 12:22:00孔春艷
        黑龍江水利科技 2022年9期
        關(guān)鍵詞:凈水廠水錘泵送

        孔春艷

        (中國電建集團(tuán)港航建設(shè)有限公司,天津 300000)

        0 引 言

        全程共計3套泵送流供水系統(tǒng):取水泵站-凈水廠穩(wěn)壓配水井、凈水廠清水池~市區(qū)管網(wǎng)和原水調(diào)蓄池~工業(yè)園區(qū)。工程示意圖如圖1所示。

        計算范圍的選取包括上述3套泵送流式供水系統(tǒng)的沿程輸水管線及相應(yīng)配套泵站、穩(wěn)壓配水井和原水調(diào)蓄池。

        1 計算基礎(chǔ)參數(shù)選取

        1.1 供水系統(tǒng)的設(shè)計水量

        取水泵站~凈水廠穩(wěn)壓配水井設(shè)計水量3.328 m3/s;凈水廠清水池~市區(qū)管網(wǎng)設(shè)計水量2.1 m3/s;原水調(diào)蓄池~工業(yè)園區(qū)設(shè)計水量1.89 m3/s。

        1.2 供水系統(tǒng)的水位信息

        供水系統(tǒng)的水位信息,見表1。

        表1 供水系統(tǒng)水位信息

        1.3 管線基礎(chǔ)參數(shù)選取

        管線基礎(chǔ)參數(shù)見表2。

        表2 管線基本屬性表

        1.4 模擬計算時管線拓?fù)鋱D

        管線拓?fù)鋱D,見圖2。

        2 穩(wěn)態(tài)工況選取及計算結(jié)果分析

        2.1 穩(wěn)態(tài)工況的選取

        以設(shè)計水量作為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)水錘防護(hù)分析基準(zhǔn)工況,選取相應(yīng)防護(hù)設(shè)備參數(shù),以70%事故時水量作為校核工況[1]。

        最不利工況:取水泵站~凈水廠穩(wěn)壓配水井設(shè)計水量3.328m3/s,取水泵站前池取最低水位62.27m,穩(wěn)壓配水井取最高水位126m;凈水廠清水池-市區(qū)管網(wǎng)設(shè)計水量2.1m3/s,清水池吸水井取最低水位115.4m,市區(qū)管網(wǎng)取最高水位165m;原水調(diào)蓄池-工業(yè)園區(qū)設(shè)計水量1.89m3/s,原水調(diào)蓄池取最低水位126m,工業(yè)園區(qū)取最高水位142m[2]。

        校核工況:取水泵站-凈水廠穩(wěn)壓配水井設(shè)計水量2.33m3/s,取水泵站前池取最低水位62.27m,穩(wěn)壓配水井取最高水位126m;凈水廠清水池-市區(qū)管網(wǎng)設(shè)計水量1.47m3/s,清水池吸水井取最低水位115.4m,市區(qū)管網(wǎng)取最高水位165m;原水調(diào)蓄池-工業(yè)園區(qū)設(shè)計水量1.323m3/s,原水調(diào)蓄池取最低水位126m,工業(yè)園區(qū)取最高水位142m。

        2.3 穩(wěn)態(tài)計算結(jié)論及分析

        表3 管線建議承壓能力

        續(xù)表3 管線建議承壓能力

        根據(jù)《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,泵送流管線“鋼管設(shè)計內(nèi)水壓力(即承壓)=最大工作壓力(即自由水頭)+0.5MPa”,因此建議泵送流段管。

        根據(jù)計算結(jié)果可以看出泵送流管線工作壓力(自由水頭)均小于管線建議承受壓力,因此管線建議承受壓力均能滿足規(guī)范的控制要求。

        3 水錘防護(hù)運(yùn)行工況分析

        3.1 取水泵站~凈水廠穩(wěn)壓配水井水錘防護(hù)模擬

        1)事故時無水錘防護(hù)時的模擬計算:

        以最不利工況(設(shè)計水量3.328m3/s,取水泵站前池取最低水位62.27m,凈水廠穩(wěn)壓配水井按最高水位126m計算)該管線進(jìn)行事故狀態(tài)下的停泵水錘模擬分析,分析可知:在管線末端局部的最大壓力(自由水頭)超出管線耐壓等級,達(dá)到臨界的汽化值,因此有可能產(chǎn)生彌合水錘,不能滿足管線安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件,因此為了保證供水安全,消除彌合水錘,增加水錘防護(hù)設(shè)施。

        2)事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(最不利工況):

        設(shè)置復(fù)合式空氣閥,并且配置其他的水錘防護(hù)措施,進(jìn)行事故狀態(tài)下的停泵水錘防護(hù)模擬計算[3]。當(dāng)水泵出口處設(shè)置兩階段液控止回偏心半球閥時,通過第一階段快速關(guān)閥、第二階段緩慢關(guān)閥來進(jìn)行水錘防護(hù)。根據(jù)多種關(guān)閥方案模擬,比選出最佳關(guān)閥時間:第一個階段快速關(guān)閉閥門20s(關(guān)閉70%開度),第二個階段慢關(guān)40s(關(guān)閉30%開度)。

        分析可知:設(shè)置兩階段液控止回偏心半球閥后,全管線最大壓力(自由水頭)超出管線最大耐壓等級,最小壓力達(dá)到汽化臨界值,不能達(dá)到水錘的安全防護(hù)要求。因此需在此基礎(chǔ)上增加單向調(diào)壓塔等水錘防護(hù)設(shè)備,以緩解事故停泵導(dǎo)致的壓力波動,保證管線安全運(yùn)行。根據(jù)工程特點(diǎn)及工程經(jīng)驗(yàn),建議在沿管線的方向,設(shè)置氣壓空氣罐進(jìn)行水錘防護(hù),具體參數(shù)詳見表4。

        表4 水錘防護(hù)參數(shù)(取水泵站-凈水廠穩(wěn)壓配水井)

        分析可知:事故停泵時泵送流管線在單向調(diào)壓塔防護(hù)方案下全線最大壓力、最小壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵未倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范要求,水錘防護(hù)效果良好??梢哉J(rèn)為該計算數(shù)據(jù)滿足水錘的安全防護(hù)要求。

        3)事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(工況校核):

        以事故時70%水量(2.33m3/s)對上述水錘防護(hù)方案進(jìn)行校核。分析可知:事故停泵時泵送流管線在單向調(diào)壓塔防護(hù)方案下全線最大壓力、最小壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵未倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范要求,校核通過。

        3.2 凈水廠清水池~市區(qū)管網(wǎng)水錘防護(hù)模擬

        3.2.1 事故停泵無水錘防護(hù)設(shè)備模擬

        以最不利工況(設(shè)計水量2.1m3/s,清水池吸水井取最低水位115.4m,市區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)水位取最高值165m)對該管線進(jìn)行事故狀態(tài)下的停泵水錘模擬分析。

        分析可知:在管線末端局部的最大壓力(自由水頭)超出管線耐壓等級,近似汽化臨界安全值,不能滿足水錘防護(hù)的設(shè)計要求,因此為了保證供水安全,消除彌合水錘,增加水錘防護(hù)設(shè)施。

        3.2.2 事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(最不利工況)

        設(shè)置復(fù)合式空氣閥,并且設(shè)置其他的水錘防護(hù)設(shè)備進(jìn)行全管線事故停泵狀態(tài)時,水錘的防護(hù)模擬。當(dāng)水泵出口處設(shè)置兩階段液控止回偏心半球閥時,通過第一階段快速關(guān)閉以及第二階段緩慢關(guān)閉來進(jìn)行水錘防護(hù)。根據(jù)多種關(guān)閥方案模擬,比選出最佳關(guān)閥時間:第一階段快速關(guān)閉閥門20s(關(guān)閉70%開度),第二階段慢關(guān)40s(關(guān)閉30%開度)。

        分析可知:設(shè)置兩階段液控止回偏心半球閥后,全管線的最大壓力(自由水頭)超出規(guī)定的正壓上限,最小壓力達(dá)到最低的臨界汽化值,不滿足水錘的安全防護(hù)要求。因此需在此基礎(chǔ)上增加氣壓罐等水錘防護(hù)設(shè)備,以緩解事故停泵導(dǎo)致的壓力波動,保證管線安全運(yùn)行。根據(jù)工程特點(diǎn)及工程經(jīng)驗(yàn),建議在凈水廠的水泵出水母管處,設(shè)置相配套的氣壓罐進(jìn)行水錘的安全防護(hù),具體參數(shù)詳見表5。

        表5 水錘防護(hù)參數(shù)

        分析可知:事故停泵時泵送流管線在氣壓罐防護(hù)方案下全線最大壓力、最小壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵未倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范設(shè)計要求,水錘防護(hù)效果良好。因此,該計算數(shù)據(jù)滿足水錘規(guī)范要求的安全防護(hù)要求。

        3.2.3 事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(工況校核)

        以事故時70%水量(1.47m3/s)對上述水錘防護(hù)方案進(jìn)行校核。

        分析可知:事故停泵時泵送流管線在氣壓罐防護(hù)方案下全線最大壓力、最小壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵沒有出現(xiàn)倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范要求,水錘防護(hù)效果良好。因此,該計算數(shù)據(jù)滿足水錘的安全防護(hù)要求。

        3.2.4 原水調(diào)蓄池~工業(yè)園區(qū)水錘防護(hù)模擬

        1)事故停泵無水錘防護(hù)設(shè)備模擬:

        以最不利工況(設(shè)計水量1.89m3/s,原水調(diào)蓄池取最低水位126m,工業(yè)園區(qū)的水位取最高值142m計算)對該管線進(jìn)行事故狀態(tài)下的停泵水錘模擬分析。

        分析可知:全線最大壓力(自由水頭)超出正壓上限,最小壓力達(dá)到汽化臨界值,不滿足水錘的安全防護(hù)要求。因此需在此基礎(chǔ)上增加氣壓罐等水錘防護(hù)設(shè)備,以緩解事故停泵導(dǎo)致的壓力波動,保證管線安全運(yùn)行。

        2)事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(最不利工況):

        設(shè)置空氣閥基礎(chǔ),并且設(shè)置各種水錘防護(hù)設(shè)備進(jìn)行全線事故停泵水錘防護(hù)模擬。當(dāng)水泵出口處設(shè)置兩階段緩閉止回閥時,通過第一階段快關(guān)和第二階段慢關(guān)來進(jìn)行水錘防護(hù)。根據(jù)多種關(guān)閥方案模擬,比選出最佳關(guān)閥時間:第一階段快關(guān)20s(關(guān)閉80%開度),第二階段慢關(guān)40s(關(guān)閉20%開度)。

        分析可知:設(shè)置兩階段液控止回偏心半球閥后,全線最大壓力(自由水頭)超出正壓上限,最小壓力達(dá)到汽化臨界值,不滿足水錘的安全防護(hù)要求。因此需在此基礎(chǔ)上增加氣壓罐等水錘防護(hù)設(shè)備,以緩解事故停泵導(dǎo)致的壓力波動,保證管線安全運(yùn)行。根據(jù)工程特點(diǎn)及工程經(jīng)驗(yàn),建議在原水泵站的水泵出水母管處,設(shè)置空氣氣壓罐進(jìn)行水錘防護(hù),具體參數(shù)詳見表6。

        表6 水錘防護(hù)參數(shù)

        分析可知:事故停泵時泵送流管線在氣壓罐防護(hù)方案下全線最大壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵沒有出現(xiàn)倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范要求,水錘防護(hù)效果良好。因此,該方案滿足水錘防護(hù)要求。

        3)事故停泵有水錘防護(hù)設(shè)備模擬(工況校核):

        以事故時70%水量(1.323m3/s)對上述水錘防護(hù)方案進(jìn)行校核分析可知:事故停泵時泵送流管線在氣壓罐防護(hù)方案下全線最大壓力(自由水頭)均在正壓上限和負(fù)壓下限范圍內(nèi),水泵沒有出現(xiàn)倒轉(zhuǎn),閥后壓力也滿足規(guī)范要求,水錘防護(hù)效果良好。

        4 管線運(yùn)行管理方案建議

        取水泵站~凈水廠穩(wěn)壓配水井:水泵出口兩階段液控止回偏心半球閥關(guān)閥時間為:第一階段快關(guān)20s(關(guān)閉70%開度),第二階段慢關(guān)40s(關(guān)閉30%開度)。

        凈水廠清水池~市區(qū)管網(wǎng):水泵出口兩階段液控止回偏心半球閥關(guān)閥時間為:第一階段快關(guān)20s(關(guān)閉70%開度),第二階段慢關(guān)40s(關(guān)閉30%開度)。

        原水調(diào)蓄池~工業(yè)園區(qū):水泵出口兩階段液控止回偏心半球閥關(guān)閥時間為:第一階段快關(guān)20s(關(guān)閉80%開度),第二階段慢關(guān)40s(關(guān)閉20%開度)。

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