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      長距離輸水管道中減壓措施的探討

      2017-10-19 03:11:37楊杰李倩
      水能經(jīng)濟 2017年10期
      關(guān)鍵詞:長距離

      楊杰 李倩

      【摘要】十三五期間,為緩解城市用水,興建了許多長距離的調(diào)水工程,用來緩解水的供需矛盾。在管道運水過程中,采取了將管線適當分段設(shè)減壓消能設(shè)施和適當延長閘、閥關(guān)閉時間,進行管道減壓以保證管道安全。本文主要分析長距離輸水管道中減壓措施。

      【關(guān)鍵詞】長距離;輸水管道;減壓措施

      前言

      進入十三五后,社會經(jīng)濟水平發(fā)展迅速,人們的生活水平極大提高,對水的需要量也在不斷的加大,而我國水資源較缺乏,經(jīng)常需要進行長距離調(diào)水。管道輸水方式,具有一些優(yōu)點,可以根據(jù)地形條件進行鋪設(shè),不但節(jié)約能源、而且水質(zhì)不易被污染、漏損小、 線路布置靈活、造價較低。但是這種輸水方式需要考慮管道的安全運行,因為在輸水過程中,由于利用天然地形落差靠重力流輸水, 當運行中的管道在突然關(guān)閉閘、閥時, 會產(chǎn)生水錘現(xiàn)象, 當水錘壓力超過管道的允許承受的壓力時, 管道就會破壞, 需要采取有效措施以降低管道工作壓力。

      1.長距離輸水管減壓措施

      當有壓管道中的水流速度因為外界的某種原因而發(fā)生劇烈的變化時,液體內(nèi)部壓強將因此而產(chǎn)生迅速交替現(xiàn)象,這種交替升降的壓強作用在管壁、閥門或其他管路元件上就像錘擊一樣,故稱為水錘。城市供水保證率要求高, 供水安全問題被社會廣泛關(guān)注, 做好水錘防護是保障長距離壓力管道工程安全的關(guān)鍵。

      1.1工程預(yù)防措施—管道分段

      管道分段即是把一條長管道分割為若干段不連續(xù)的管道,在每一個管道的末尾部分設(shè)置閘閥和消能設(shè)施,這樣就能夠起到較好的分壓作用,大大減小了水錘的壓力,從而減少管道的工作壓力,而且減壓設(shè)施也能夠消除因為管道設(shè)計存在的問題而產(chǎn)生的剩余水頭。

      在長距離輸水壓力管道中,設(shè)置調(diào)壓室、減壓池縮短壓力管道是常用的減小水錘壓力的措施。重力流壓力管道輸水工程利用天然地形落差自流輸水,正常運行時測壓管水頭小于靜水頭;當管路上的閘、閥關(guān)閉后,管中最大靜水頭即為地形最大落差, 落差越大,管道承受的壓力越高,當閘、閥非正常關(guān)閉時,容易產(chǎn)生較大的水擊壓力, 造成爆管事故。對于地形起伏大的重力流管路,在管路高點、轉(zhuǎn)折點易發(fā)生斷流空腔,并造成斷流彌合水錘。對長距離重力流輸水管道進行水錘防護時,用減壓水池對管道進行分段或者分級,往往有很好的效果,不但技術(shù)上易于實現(xiàn),而且因為不依賴于人為操控而具有較高的工程可靠性。減壓水池將長距離管道分成幾個較短的管道,從而簡化輸配水條件,降低水錘發(fā)生的可能性。減壓水池容積一般可取5min管道最大輸水流量。

      1.2 技術(shù)防護措施—閥門選擇

      1.2.1 空氣閥

      空氣閥對防止水錘破壞,維持輸水管道安全運行至關(guān)重要,排氣不暢可能產(chǎn)生爆管,造成嚴重事故。空氣閥通常裝設(shè)在管線凸起部位,當管道內(nèi)壓力低于大氣壓時吸入空氣,而當管道中壓力上升高于大氣壓時排出空氣。由于普通排氣閥在一定壓力下會突然起球終止排氣,導(dǎo)致斷流彌合水錘發(fā)生,使管道升壓較高。

      1.2.2超壓泄壓閥

      超壓泄壓閥的主要作用是當管道中發(fā)生水力瞬變流,某點的壓力過高時,在此點的超壓泄壓閥自動打開,泄流掉一定流量,維持管道在此點的壓力, 當壓力降到設(shè)定安全值后,超壓泄壓閥再自動關(guān)閉。超壓泄壓閥的泄壓值應(yīng)根據(jù)輸水管道的最大使用壓力和管材強度,經(jīng)水力計算確定。超壓泄壓閥的口徑宜為主管道直徑的1/5~1/4 ,或經(jīng)水力計算確定,泄壓值也可采用最大使用壓力加0.15 MPa~0.20MPa。超壓泄壓閥設(shè)置在末端閥門前,以及管道局部高壓處。

      1.2.3減壓恒壓閥

      采用減壓恒壓閥,可降低管道正常工作壓力,降低管材耐壓等級,大大減少管道工程造價;減少管道漏失水量,增加了管道系統(tǒng)的安全系數(shù)。將減壓恒壓閥的動作壓力設(shè)定為管線通過設(shè)計流量時的動水壓力,則當減壓閥后壓力高于該設(shè)定值時,減壓閥自動迅速關(guān)閉,直到減壓閥后總壓力減小到管線設(shè)計壓力時,閥門自動打開,全開狀態(tài)處于不減壓狀態(tài)。在無泵管路中,一般減壓恒壓閥的有效口徑與主管道直徑相同。

      1.2 .4 出口控制閥

      管道末端富余水頭較大, 就對出口調(diào)節(jié)閥提出了較高要求, 要求閥門具有良好的減壓調(diào)流功能。良好的減壓調(diào)流閥必須具備:① 良好的抗氣蝕能力;② 良好的線性調(diào)節(jié)特征。傳統(tǒng)的閘閥、球閥和蝶閥等均是出色的截斷閥, 但若用于調(diào)節(jié)流量或壓力時, 常會產(chǎn)生嚴重的振動和噪聲, 氣蝕破壞較大,流量調(diào)節(jié)特性差。針閥(活塞閥)采用錐形活塞在閥體內(nèi)部的移動, 來達到流量線性調(diào)節(jié)的功能, 并在結(jié)構(gòu)上引導(dǎo)水流在閥體內(nèi)對撞消能達到減壓目的。錐形活塞由閥體內(nèi)部導(dǎo)軌引導(dǎo), 在流量中作軸向移動,在任何位置活塞的環(huán)形節(jié)流閥確保其線性操作特性。另外, 水流通過節(jié)流導(dǎo)流成為高速流體, 沿徑向流向閥體水平中心線而互相撞擊, 在此處氣泡產(chǎn)生和破裂均處于介質(zhì)流中, 由此將氣蝕限制在閥體中心, 不產(chǎn)生氣蝕破壞。

      1.3 運行管理措施—閥門開閉操作控制

      由于長距離壓力輸水工程管道起伏大, 充水過程水力條件復(fù)雜, 目前均采用較小的充水流量和較長的充水時間。為了防止管道停運時空管, 工程運行過程中大都采用操作管道最末端的閥門, 使工程運行或停運。管道末端閥的關(guān)閉過程(關(guān)閉時間與角度關(guān)系), 對水錘壓力的影響很大, 因此應(yīng)優(yōu)化其關(guān)閉過程, 使得管道的水錘正壓不超過管道的承壓能力,且應(yīng)盡可能的?。皇构艿辣M量不產(chǎn)生負壓。控制管道末端閥的關(guān)閉時間,使水壓波傳播趨于平緩,避免壓力振蕩,降低管道升壓, 能有效預(yù)防因關(guān)閥太快引起的直接關(guān)閥水錘,消除水錘危害,從而預(yù)防爆管事故的發(fā)生。另外,管道末端閥門的關(guān)閉方式、操作時間以及各種水錘防護設(shè)備的正確運行對管道安全意義重大,故根據(jù)水錘分析計算制訂運行操作規(guī)程及對維護管理人員進行培訓(xùn)都是非常重要。

      結(jié)語

      對于地面起伏大、富余壓力較大的長距離重力流壓力輸水管道工程,對管道

      進行分段減壓的工程預(yù)防措施;其次應(yīng)慎重選擇空氣閥、超壓泄壓閥、末端控制閥及減壓恒壓閥等并合理布置,這是保障管道安全的重要技術(shù)措施;最后應(yīng)根據(jù)水錘分析計算結(jié)果,制定操作規(guī)程,對末端閥門的關(guān)閉及開啟過程進行嚴格控制是消除水錘破壞、保證供水工程安全的重要運行管理措施。

      參考文獻:

      [1]CECS193:2005城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程

      [2]楊玉思,李樹軍,辛亞娟.長距離大管徑重力流輸配水管道水錘防護方法探討[J].給水排水,2008, 34(10):121-125.

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