长距离多起伏压力输水管道水锤防护方案

2020-11-25吴冬冬李文峰

商品与质量 2020年50期

吴冬冬李文峰

1. 山东致一质量检测有限责任公司山东济南 250000

2. 中建安装集团有限公司山东济南 250000

社会的快速发展提高了人们对水资源的需求，现阶段的输水工程项目建设中，长距离多起伏压力输水管道中的水锤保护问题通常被施工方放在首位[1]。大型输水工程的建设对于设备的要求较高，在工程的实际运行中，容易发生管道破裂的问题，为工人带来了安全隐患问题。在使用输水管道时，长距离多起伏压力输水管道中比较容易产生水柱分离与断流弥合水锤现象，对输水管道的安全性造成了极大的危害。因此，对于水锤现象防护方案的探讨非常重要。

1 重视水锤现象防护的原因

1.1 水锤的基本概念及分类

水锤现象主要是指在输水管道中因水流速的变化而产生的对输水管道的压强差，在压力突然上升和下降的输水管道中会产生一系列的强动力的水流冲击输水管道的现象。水锤是一种受流体动力学影响的瞬态过程，受流速，加速度和动压力等因素的影响。水锤具有不稳定性，出现时间及位置始终处于变化状态。目前我国输水工程项目团队通常将水锤现象称为“泵站管道系统的液压过渡过程”。

1.2 水锤的危害

水锤现象的出现对配水工程影响很大。尽管水锤的持续时间相对较短，但可能导致严重事故，给工程造成巨大损失并降低工程安全性。另外，在水力过渡过程中，输水管道与断流水腔之间水柱的分离现象使桥接水锤现象变得容易，这不仅严重损害了输水管道，而且严重的拖缓了工程推进的速度。在输水过程中，出现水锤现象的原因有很多，严重的水锤现象对于整个输水项目来说是灾难性的。由于我国水利工程建设的特殊地形，特别是在海拔高度波动较大的西北和西南地区，洪水事故产生的较为频繁。水锤现象对于工程的影响可轻可重，较小的事故将导致水管爆裂，影响供水工作的正常进行，而严重的水事故将使泵站被泛滥的水淹没。另外，洪水事故不仅影响输水工程，也会对铁路的轨道床和设备造成一定的损害，对人类的生命构成极大的威胁。

2 水锤现象防护的意义

水资源一直是人们生活和生产不可或缺的一部分，是人类的生命之源。随着水资源的需求量变大，良好的输水系统给水资源的分配及应用带来了极大的便利。

当前阶段我国水资源的供求关系由于人口的膨胀式增长和社会的飞速发展出现了新的发展问题。由于水资源是不可再生能源，我国现有水资源的储量越来越少，需求量越来越高，而且部分地区的水资源分配问题始终得不到很好的解决，导致发展的不平衡，限制了整个社会的发展速度。而且，环境的可持续发展这一理念在越来越快的经济发展中被抛弃，环境的污染对于水资源来说也是致命的打击。尽管国家意识到水资源的重要性并着力发展长距离多起伏输水项目工程的建设，但是，由于现有的建设技术不够成熟，水锤现象的频繁发生给施工带来了巨大的安全隐患。

我国的土地面积较大，地形相对复杂，尤其是沿海地区的地形起伏较大，这使得建设长距离输水项目变得困难。近些年来，水泵机组单元转动惯性变小，无法满足输水工作的需要，在输水过程中，当水泵停止转动发生水锤现象时，将会影响整个水泵系统，水压将急剧下降，并可能导致输水管道与断流水腔之间水柱的分离，严重者使水管爆裂。在输水工程建设中，对长距离多起伏压力输水管道建设的要求较高。通常，这种类型的管道系统更加复杂且压力更大。因此，为长距离多起伏压力输水管道设置水锤保护装置需要综合各方面的因素来为输水管道提供全面的保护。当今的长距离，长距离多起伏压力输水管道建设在水锤保护方面存在一些缺陷，因为对地形差异的忽略，导致在起伏较大的地区的建设过程中水锤现象频发。长距离多起伏压力输水管道水锤防护方案对于施工方或整个输水项目来说意义重大，不仅可以减少施工时出现问题的损失，同时也可以保证施工安全。

3 水锤防护设计方案

3.1 设置调压塔

设计调压塔以通过改变供水量的方式发挥稳压作用。根据使用的实际情况不同，调压塔通常分为单向调压塔和双向调压塔。

单向调压塔由储水系统、水压阀、排水系统和单向调压塔容器中的注水管组成，可以有效防止水压变化过大导致水锤现象的产生，并且对输水管道与断流水腔之间水柱的分离也有着改善的效果。单向调压塔是单向的仅允许调压塔中的水流入主管中而不能返回的设计。这种单向调压塔的安装方式较为简单，可以很好降低水压，同时对于水箱体积的要求较低，可以极大的节省调压塔的安装成本。当管道处于负压状态时，借助单向压力控制塔的协助作用，可以防止注水的中断，有效的防止水管破裂。

与单向调压塔相比，双向调压塔配备了喷水和排水缓冲式水击保护装置，以提供针对水管道中的水击的全面保护。当管道中的压力下降时，双向调压塔在此时起到注水的作用，向管道中添加水以增加管道中的压力并防止水柱真空分离。

3.2 装设注排气阀

注排气阀是一种特殊的阀门，通常连接到管道的突出部分，以防止在因水泵停止而产生水锤中产生负压现象。注排气阀具有进气与排气的功能，如果管道中的压力较低，则可以通过吸入空气来增加管道中的压力。同时，如果管道中的压力较高，则可以使用喷射阀和排气阀排出空气以降低管道中的压力，应该注意的是，这种类型的注气阀不允许水进入大气[2]。