水力工程論文：建平縣大管徑城市供水管路水錘防治措施

1、水力工程論文：建平縣大管徑城市供水管路水錘防治措施                         作者：劉淑珍  蘇建偉  黃志剛    摘要介紹建平縣供水工程概況,分析長(zhǎng)距離大管徑管道輸水中水錘產(chǎn)生的原因及其危害,提出預(yù)防水錘產(chǎn)生的措施,為保障輸水管道正常運(yùn)行,減少

2、經(jīng)濟(jì)損失提供參考。 關(guān)鍵詞供水;大管徑;水錘;防治措施;遼寧建平 1建平縣供水工程概況 朝陽市建平縣,位于遼寧省西部,全縣現(xiàn)有31個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)辦,總?cè)丝?8萬人,縣城人口12萬人。處于半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候區(qū),多年平均降雨量438.4 mm,降水稀少且時(shí)空分布不均,季節(jié)性缺水嚴(yán)重。水資源匱乏,直接影響人們的生產(chǎn)生活,也束縛了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。 建平縣縣城現(xiàn)有3處水源地,每日供水能力為1.5萬t,污水處理廠每日可提供中水1.2萬t,遠(yuǎn)期計(jì)劃污水處理廠每日可提供中水1.76萬t。而目前縣城內(nèi)日需水約4.19萬t,長(zhǎng)遠(yuǎn)看日需水約8.26萬t。近期每日急需補(bǔ)水1.49萬t,長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,還需每日補(bǔ)水5萬t。修建

3、應(yīng)急供水工程,解決人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生產(chǎn)生活需要,成為當(dāng)務(wù)之急。 2010年建平縣決定在朝陽縣烏蘭河碩鄉(xiāng)新建一處城市應(yīng)急供水工程。該工程由取水頭部工程和輸水工程構(gòu)成,輸水工程包括輸水管路與泵站。輸水管道在河灘地自然合理穿越,管材選用DN 600鋼管,管道總長(zhǎng)33 km,地形高差176 m,新建加壓泵站2座。 2水錘的危害及產(chǎn)生原因 管道系統(tǒng)防護(hù)的重要內(nèi)容之一就是防止水錘的出現(xiàn)。在長(zhǎng)距離輸水管道中,由于某些外界原因流速變化經(jīng)常出現(xiàn)。管道中流速變化使管道中水的壓力升高或降低,在壓力低于水的汽化壓力時(shí),水柱就被拉斷,出現(xiàn)斷流空腔。在空腔處的水流彌合時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊,管道中的水升壓,形成水錘。水錘有啟動(dòng)

4、水錘、關(guān)閉水錘、停泵水錘。一般啟動(dòng)水錘不大,只是真空情況下,管中空氣不能排出而被壓縮時(shí)才會(huì)加劇水位壓力的變化;關(guān)閉水錘在正常操作時(shí)不會(huì)引起過大的水錘壓力;突然停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘往往較大,水錘壓力值可達(dá)到工作壓力的1.53.0倍。 2.1水錘產(chǎn)生的原因 水錘產(chǎn)生主要有以下幾個(gè)原因:閥門突然開啟或關(guān)閉;水泵機(jī)組突然停車或開啟;單管向高處輸水(供水地形高差超過20 m);水泵總揚(yáng)程(或工作壓力)大;輸水管道中水流速度過大;輸水管道過長(zhǎng),且地形變化大。 2.2水錘的危害 水錘引起壓強(qiáng)升高,可達(dá)管道正常工作壓強(qiáng)的幾倍,甚至幾十倍。這種大幅度的壓強(qiáng)波動(dòng),造成的危害有:引起管道強(qiáng)烈振動(dòng),管道接頭斷開

5、,破壞閥門,嚴(yán)重的造成管道爆管,供水管網(wǎng)壓力降低,不能正常供水;引起水泵反轉(zhuǎn),破壞泵房?jī)?nèi)設(shè)備或管道,嚴(yán)重的造成泵房淹沒;造成人身傷亡等重大事故,影響生產(chǎn)和生活。 3水錘的預(yù)防措施 一般采取技術(shù)工程措施加以防護(hù),在水泵出口處設(shè)置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害1。 3.1開(關(guān))閥水錘 開關(guān)水錘有直接水錘和間接水錘,延長(zhǎng)開閥和關(guān)閥的時(shí)間,可避免產(chǎn)生直接水錘;離心泵、混流泵應(yīng)在閥門關(guān)至15%30%時(shí)而不是全關(guān)時(shí)停泵,這樣可以降低水泵出口壓力,防止水泵振動(dòng)及延長(zhǎng)閥門使用壽命。對(duì)于軸流泵在泵出口一般不設(shè)閥門。 3.2啟泵水錘 排除管道空氣,使管道充滿水后再開啟水泵。凡是長(zhǎng)

6、距離輸水管道的隆起處各點(diǎn)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)排氣閥或設(shè)置充水設(shè)施;當(dāng)水泵必須在空管啟動(dòng)時(shí),可采用分階段開閥啟泵方式。 先將水泵出口閥門打開15%30%,管道上其余閥門全部開啟,然后啟動(dòng)水泵。待管道充滿水后再將水泵出水口閥門全開或開到所需的角度。對(duì)設(shè)有止回閥的水泵來講,在止回閥前設(shè)自動(dòng)排氣閥,在止回處設(shè)旁通閥。事故停泵后,應(yīng)待止回閥后管道充滿水再啟動(dòng)水泵。啟泵時(shí)水泵出口閥門不要全開,否則會(huì)產(chǎn)生很大的水沖擊。據(jù)資料分析,國(guó)內(nèi)曾有幾個(gè)泵站的重大水錘事故多在這種情況下產(chǎn)生。 3.3停泵水錘 給水管中的水在斷電后的最初瞬間,主要靠慣性以逐漸減慢的速度繼續(xù)向水池方向流動(dòng),然后流速降到零。管道中的水在重力水頭作用下,

7、又開始向水泵倒流,速度由零逐漸增大。由于管道中水的流速變化,從而引起停泵水錘現(xiàn)象的發(fā)生2?？刹扇∫韵麓胧?防止停泵水錘的發(fā)生。 3.3.1降低輸水流速。降低輸水管道的流速,增加管道直徑、壁厚,可在一定程度上降低水錘壓力。 3.3.2改換電動(dòng)機(jī)慣性。選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的電動(dòng)機(jī)或加裝有足夠慣性的飛輪,可在一定程度上降低水錘值。 3.3.3合理管線布置。輸水管線布置時(shí),減少管路布置的陡峭度,盡量布置平緩管路,盡量避免出現(xiàn)峰點(diǎn)或坡度劇變,在管路中各峰點(diǎn)安裝可靠的排氣閥,避免產(chǎn)生彌合水錘。 3.3.4選用合理水泵揚(yáng)程。通過水錘計(jì)算,停泵水錘的大小主要與泵房的幾何揚(yáng)程有關(guān)。幾何揚(yáng)程愈高,停泵水錘值也愈大。因

8、此,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選用合理的水泵揚(yáng)程。 3.3.5縮減輸水管理長(zhǎng)度。管線愈長(zhǎng),停泵水錘值愈大。由1個(gè)泵站變2個(gè)泵站,用吸水井把2個(gè)泵站銜接起來。 3.3.6取消止回閥。停泵水錘產(chǎn)生主要是出水管道止回閥關(guān)閉過快引起。因此,取消止回閥可以消除停泵的危害,并且可以減少水頭損失,節(jié)約能耗。目前,經(jīng)過一些大城市的試驗(yàn),認(rèn)為1級(jí)泵房可以取消,二級(jí)泵房不易取消;取消止回閥時(shí)應(yīng)進(jìn)行停泵水錘壓力計(jì)算。 3.3.7緩閉止回閥。在大口徑的水泵出水管上安裝緩閉止回閥、微閉蝶閥,可有效消除停泵水錘。但因閥門動(dòng)作時(shí)有一定的水量倒流,吸水井須有溢流管。緩閉止回閥有重錘式和蓄能式2種,這種閥門可以根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)對(duì)閥

9、門關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。需要注意的是,當(dāng)管路中存在峰點(diǎn)而發(fā)生彌合水錘時(shí),緩閉止回閥的作用就十分有限。 3.3.8安裝水錘消除器。緊靠止回閥并在其下游安裝水錘消除器。管道中的水錘壓力通過開啟水錘消除器泄掉,即利用管道本身的壓力為動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)低壓自動(dòng)動(dòng)作,即當(dāng)管道中的壓力低于設(shè)定保護(hù)值時(shí),排水口會(huì)自動(dòng)打開放水泄壓,以平衡局部管道的壓力,防止水錘對(duì)設(shè)備和管道的沖擊。通常用的水錘消除器有下開式停泵直接水錘消除器、自動(dòng)復(fù)位水錘消除器、自動(dòng)復(fù)位的下開式水錘消除器、氣囊式水錘消除器4種。某些水錘消除器無自動(dòng)復(fù)位功能,容易因操作失誤導(dǎo)致發(fā)生水錘3。 3.3.9安裝泄壓保護(hù)閥。該設(shè)備可安裝在管道的任何位置,其和水錘消

10、除器工作原理一樣,只是設(shè)定的動(dòng)作壓力是高壓,當(dāng)管路中壓力高于設(shè)定保護(hù)值時(shí),排水口會(huì)自動(dòng)打開泄壓。 3.3.10采用水力控制閥。一種采用液壓裝置控制開關(guān)的閥門,一般安裝于水泵出口,該閥利用機(jī)泵出口與管網(wǎng)的壓力差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟閉,閥門上一般裝有活塞缸或膜片室控制閥板啟閉速度,通過緩閉來減小停泵水錘沖擊,從而有效消除水錘4。 3.3.11設(shè)置雙向調(diào)壓塔。在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建,雙向調(diào)壓塔的水面高度應(yīng)高于輸水管道終點(diǎn)接收水池的水面高度并考慮沿管道的水頭損失。調(diào)壓塔將隨著管路中的壓力變化向管道補(bǔ)水或泄掉管路中的過高壓力,從而有效避免或降低水錘壓力。這種方式工作安全可靠,但其應(yīng)用受到泵站壓力和周邊地形

11、的限制。 3.3.12設(shè)置單向調(diào)壓塔。在泵站附近或管道的適當(dāng)位置修建單向調(diào)壓塔。單向調(diào)壓塔的高度低于該處的管道壓力。當(dāng)管道內(nèi)壓力低于塔內(nèi)水位時(shí),調(diào)壓塔向管道補(bǔ)水,防止水柱拉斷,避免彌合水錘。但其對(duì)停泵水錘以外的水錘如關(guān)閥水錘的降壓作用有限。此外,單向調(diào)壓塔采用的單向閥的性能要絕對(duì)可靠,一旦該閥門失靈,可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生較大的水錘。 3.3.13安裝氣壓罐。氣壓罐利用氣體體積與壓力的特定定律工作。隨著管路中的壓力變化,氣壓罐向管道補(bǔ)水或吸收管路中的過高壓力,其作用與雙向調(diào)壓塔類似。 3.3.14采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)控制。因供水管網(wǎng)壓力隨著工況的變化而不斷變化,機(jī)泵工頻運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)低壓或超

12、壓現(xiàn)象,容易產(chǎn)生水錘,導(dǎo)致對(duì)管道和設(shè)備的破壞。采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),通過對(duì)管網(wǎng)壓力的檢測(cè),反饋控制水泵的開、停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),控制流量,進(jìn)而使壓力維持一定水平,通過控制微機(jī)設(shè)定機(jī)泵供水壓力,保持恒壓供水,避免過大的壓力波動(dòng),使產(chǎn)生水錘的概率減小5。 4結(jié)論 總之,認(rèn)識(shí)消除不安全隱患,預(yù)防供水事故的發(fā)生,是非常有必要的。在長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)中,管道投資占輸水工程的絕大比重,因此對(duì)管道及相應(yīng)的因素要進(jìn)行詳細(xì)的分析、了解和設(shè)計(jì),根據(jù)工程的規(guī)模、重要性、地形和地質(zhì)等條件做出綜合判斷,以達(dá)到更好的施工及使用效果,使管道正常發(fā)揮效益。 5參考文獻(xiàn) 1 懷利EB,斯特里特V L.瞬變流M.清華大學(xué)流體傳動(dòng)與控制教研組譯.北京:水利水電出版社,1983. 2 秋無德三.水擊與壓力脈動(dòng)M.支培法譯.北京:電力工業(yè)出版社,1981. 3 ?？怂笿 A.管網(wǎng)中不穩(wěn)定流動(dòng)水力分析M.陳祖澤譯.北京:石油工業(yè)出版社. 4 惠春莉,段軍孝,高穩(wěn)生,等.減壓恒壓閥及水錘預(yù)防閥在供水工程中的應(yīng)用J.地下水,2004,24(4):228-229. 5 蔡琦斌.壓力供水管路斷流彌合水錘防護(hù)措施及改進(jìn)J.中國(guó)給水排水,2007,23(22):24-26.