大伙房引水工程供水管線不滿管原因分析及解決方案

魏聞天

(遼寧省水資源管理集團有限責任公司，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，許多大型水庫供水工程設計時只要滿足地勢、地貌條件，都會采用重力承壓流方式進行管線供水。采用承壓流輸水方式供水時，水需要流經(jīng)暗管，進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行狀態(tài)。

目前，許多大型水庫供水管線長年運行，供水管線不滿管運行狀態(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)算的液體流量計現(xiàn)場校準的方式廣泛應用，輸水管線不滿管運行的情況會越來越多地被發(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行情況，采用有效方法進行處理，取得了滿意效果。

2 工程概況

為保障沈陽市社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，國家計劃委員會于1986年12月26日以《沈陽市大伙房水源供水工程設計任務書》(計資〔1986〕2639號)批準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。大伙房引水工程運行以來，沈陽水務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，進口中心線高程102.5m，出口中心線高程101.49m，輸水洞進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水電站，機組兩側(cè)布置直徑1.6m配水鋼管。

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

壓力輸水管(供水管線)從壓力配水廠出口壓力箱及機組尾水池共同供水至沈陽水務李巴彥水廠，全長53.093km，鋪設兩根直徑1.6m預應力鋼筋混凝土管，全程重力流輸水。用于貿(mào)易結(jié)算的流量計安裝在尾水池下游壓力輸水管線50m處，設計日供水量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集團簽訂供水合同，并在兩條壓力輸水管線上安裝流量計，貿(mào)易結(jié)算方式為按表計量、按量收費、定期溯源。一直以來，大伙房引水工程用于貿(mào)易結(jié)算的流量計采用拆卸后送開封水大流量站檢定的方式進行周期溯源，由于國家出臺強檢政策，液體流量計管徑300mm以上已不在強檢范圍內(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)場校準的方式開展周期溯源工作，在第三方監(jiān)測機構(gòu)校準過程中，標準表在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。

超聲波流量計以測量聲波在介質(zhì)中的傳播時間與流量關(guān)系為原理，利用數(shù)學函數(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)。所以為了保證計量數(shù)據(jù)準確，流量計運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)要設置準確。液體超聲波流量計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產(chǎn)生反射，信號中斷，這就是第三方監(jiān)測結(jié)構(gòu)的標準表在管壁頂部監(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行狀態(tài)。

圖2 流量計工作原理

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)沈陽水務李巴彥水廠引水情況和引水工程建設基本情況，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安裝位置存在氣泡。水流經(jīng)過壓力輸水隧洞及水電機組進入尾水池，再由尾水池進入壓力輸水管和旁路配水管混合后進入兩條輸水管線。尾水池為明渠，由于多年長期運行，水流從尾水池進入壓力輸水管后可能帶有氣泡，或機組檢修、停運等原因?qū)е履硞€時間段尾水池水位過低，氣體進入壓力輸水管線內(nèi)，長期附著在流量計安裝位置管壁頂部，無法排出。

b.壓力輸水管線進口兩個閥門未完全開啟?？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臺直徑1.6m電動蝶閥目前開度為70%，處于未完全開啟狀態(tài)。

c.供水流量小于設計流量。目前，大伙房引水工程日供水量35萬m3，而設計日供水量為40萬m3，低于設計供水流量。

5 解決方案

5.1 增設排氣閥

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

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，本次現(xiàn)場校準用閥門控制加大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，自動排氣閥內(nèi)有氣體排出，最終實現(xiàn)滿管運行狀態(tài)，標準表在管壁頂端可以正常讀數(shù)。但此時對2號管檢測，頂部卻仍然無法讀取數(shù)據(jù)，調(diào)整標準表位置，在管線上端4/5的位置標準表開始有讀數(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，標準表在管壁上讀取到數(shù)據(jù)的位置也不斷上移，當1號輸水管線瞬時流量降低到2.47m3/s、2號輸水管線瞬時流量增加到1.97m3/s時，標準表在兩條管線頂部均可讀到數(shù)據(jù)，已滿足現(xiàn)場校準條件，現(xiàn)場溯源結(jié)果，兩條輸水管線上的流量計運行均在準確度等級范圍內(nèi)(校準結(jié)果見表2)。

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

5.4 增設壓力傳感器及手動排氣閥

大伙房引水工程受沈陽水務供水量周期變化影響，兩條輸水管線供水量會不定期微調(diào)。為了保證兩條輸水管線始終處于滿管運行狀態(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換能器附近安裝了壓力傳感器和手動排氣閥，每日對壓力傳感器數(shù)據(jù)進行巡查并記錄，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)異常，可手動調(diào)節(jié)排氣閥，排除流量計安裝位置附近的氣體，確保流量計穩(wěn)定運行。

6 結(jié) 論

輸水管線在不滿管運行情況下，用于貿(mào)易結(jié)算的流量計誤差較大。貿(mào)易結(jié)算問題在供受水雙方?jīng)]有科學依據(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行原因并提出解決方案后，提高了供水計量的準確性，為雙方公平貿(mào)易結(jié)算提供了強有力的依據(jù)。