長距離輸水管道中減壓措施的探討

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：

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