胶东调水工程水锤防护措施

齐成新

（山东省调水工程运行维护中心牟平管理站，山东 烟台 264100）

0 引言

引水工程建设活动在实际开展时，应该重视一些细节问题，这是一项需要重点关注的建设工程，其基本工作内容涵盖着管道水锤防护问题。长距离大型输水工程建设活动的开展对施工工作人员的要求比较高，在实际运行过程中会遇到爆管等多种问题，这为长距离多起伏输水管道工程施工活动的开展带来了很大的安全隐患。在实际运送水资源的过程中，长距离承压输水管道很容易因防护不到位发生水柱分离现象，进而对整个输水管道造成非常严重的损坏。因此，长距离多起伏输水管道水锤防护措施的研究具有非常重要的积极意义。

1 胶东调水工程项目概述

胶东调水工程是山东省“百”字形骨干水网的重要组成部分，由引黄济青工程和胶东地区引黄调水工程组成，其中胶东地区引黄调水工程是山东省投资的远距离、跨流域、跨区域大型水资源调配工作。工程自滨州市博兴县打渔张引黄闸引水，途径滨州、东营、潍坊、青岛、烟台、威海6市16个县（市、区），输水线路总长482 km（其中利用引黄济青既有输水线路172 km，新辟输水线路310 km），是实现全省水资源优化配置、环节胶东地区水资源供需矛盾、改善当地生态环境的重要水利基础设施。

胶东调水工程管道暗渠段管道总长约120 km，多经过山地、丘陵，起伏较大，根据沿线管道埋深、地质等情况，采用预应力钢筒混凝土管（PCCP 管）、螺旋钢管和玻璃钢管三种管材；根据沿线管道压力不同，管材直径为2 200、2 000、1 800 mm和1 600 mm四种型号。输水管道运行时受到威胁或爆管的主要因素是水锤和高压气柱，为解决这个问题，暗渠调水工程沿线根据高程不同设高位水池、无压水池、泄压阀、调流调压阀和多个阀门井、排气井。

2 水锤的危害

水锤现象会对整个输水工程的安全性产生较大的影响，甚至情况严重时会引发严重的安全事故，对输水工程带来巨大的损失，致使输水工程的安全性大大降低。而且在水力过渡的过程中，很可能造成水柱的相互分离以及在管道内部产生水锤现象，这样不仅会对整个输水管道造成严重的破坏，而且还会对整个输水工程建设造成巨大损失。在实际输水过程中，许多安全性操作的失误都会导致水锤现象的产生，进而对整个供水工程的安全性造成较为严重的破坏。由于中国地形环境较为特殊，因此这也导致长距离多起伏输水管道经常发生水锤事故，尤其是在一些海拔位置较高的西北和西南区域。水锤事故会对整个输水工程造成严重影响，水锤现象会引发输水管道的破裂，进而对正常供水造成严重的不良影响，情况严重时水锤事故甚至可能导致整个输送泵站被淹。除此之外，水锤事故不仅会对整个输水工程造成不良影响，对人民的生命财产安全构成极大的危险。水锤结构见图1。

图1 水锤结构图

3 胶东调水工程中长距离多起伏输水管道水锤防护措施

长距离多起伏输水管道中很容易产生水柱分离现象，水锤的产生对整个输水管道会产生非常严重的危害。因此在长距离多起伏输水管道的实际运行过程中，一定要结合输水管道的实际运行状况，为长距离多起伏输水管道建立一套科学且合理的水锤防护措施，以此来充分保证整个输水管道的正常运行。

3.1 调压塔

调压塔主要是通过补水的方式让长距离多起伏输水管道在输水过程中达到稳压的效果。通常情况下调压塔分为单向调压塔和双向调压塔两种模式。其中一种是充水调压塔，这种调压塔是由水箱、止回阀、注水管以及单向调压共同构建而成，将这些装置共同设置于一个装满水的管道容器塔内，这样就能够有效防止网络内部的水柱产生分离现象，对减少断流水锤也能够发挥一定的影响作用。单向调压塔在实际输送水资源的过程中输送方向是属于单向的，只有调压塔内部的水才能够被允许进入管道中，但是不允许产生回流现象。在实际运用的过程中这种单向调压塔的安装不仅可以显著降低水箱的整体高度，而且对水箱整体体积的要求并不严格，这可以有效降低安装成本。在单向压力调节塔的作用下，当长距离多起伏输水管道处于负压状态时，可以长时间保持注水的连续性，防止在长时间输水过程中因水柱产生破裂现象。在实际运用过程中，一定要密切关注可能对长距离多起伏输水管道造成水锤影响的因素，以此来保证单向调压塔函数能够自始至终保持最小值，以此来促使单向调压塔在实际运用过程中最大限度地发挥其自身应有的预防性作用，能有效增强长距离多起伏管道在实际运用过程中对水击的防护。在单向调压塔利用的过程中，环境问题也是一个重点，考虑到北方特殊的气候，应该做好相应的防冻细节，通过将冷水箱排空，达到保护成效，尽可能地减少长距离多起伏输水管道调压保护设备受到的威胁，以免造成巨大的经济损失。见图2。

图2 单向调压塔结构原理图

3.2 全压高速排气阀

全压高速排气阀重点是运用至输送水和其他液体的管道之上，用于排除管道中的气体，为管道提供有效的保护，避免受到气爆破坏，也可适当地提升输水的效率。全压高速排气阀的基本特征是用浮球杠杆机构通过浮力有效控制排气阀大排口启闭，达到理想目的。其结构如图3所示，1代表液压缸；2代表全压高速排气阀的活塞杆；3是靶体的排气盖板；4是全压高速排气阀的排气口；5代表浮筒；6是壳体。全压高速排气阀可以很好地满足多段水柱、气柱相间条件下的高速排气需求。

图3 全压高速排气阀结构图

3.3 超压泄压阀

长距离多起伏输水管道的水力可以在瞬间发生变化，这种变化可引起输水管道中较为显著的压力变化。当长距离多起伏输水管道中的压力过高时，超压泄放装置应该处于打开状态，以这样的方式来充分发挥此装置的效果，有效降低长距离多起伏输水管道的内部压力。同时使输水管道恢复正常输送状态，减压阀关闭后长距离多起伏输水管道内部的压力也会随之下降，进而使减压阀恢复到自动关闭状态。超压泄压阀结构见图4。

图4 超压泄压阀结构图

3.4 其他水锤防护措施

其他水锤防护措施在实际运用的时候，也需结合基本的情况加以分析，确保保护效果充分体现。在泵系统处于正常运行状态时，因水泵压水侧水压明显高于吸水侧的水压，止回阀关闭。在事故断电时，泵会突然停止，水泵站出口位置的压力急剧降低，吸水侧压力则会迅速升高。面对这样的差压，吸水总管中的瞬态高压水会将止回阀板流向压水总管的瞬态低压水，让此处的低水压明显升高。此外，让水泵吸水侧的水锤及时升压也会有所降低。由此可见，水泵站两侧的水锤升压或者是降压，均能得到有效地控制，以此可以合理地减少水锤危害。长距离输水管道在每一段管道位置都会产生一定的压力，但是这也在一定程度上对长距离多起伏输水管道产生很好的保护作用。然而在长距离多起伏输水管道中增加了几个止回阀，这也增添了水锤防护的工作量，致使长距离多起伏供水的成本大大增加。但是在各工作系统的防护环节方面，也有效增强了水泵的功率，最终致使水泵的实际功率能够保持在正常运行的状态。

4 结语

综上所述，随着社会的快速发展，人民群众的生活水平也有了很大提升，人们对水资源的需求量也在逐步增加，这也大大促进了水利工程建设的进步和发展。在开展输工程建设活动的过程中，最重要的内容便是长距离多起伏输水管道的水锤防护工作。在实际工作的过程中，水资源对输送管道内部压力的作用会受到多种因素的影响，因此在运用实际防护措施的过程中一定要结合输送管道的实际情况，对影响长距离多起伏输水管道的因素进行合理性分析，进而建立起一套科学且合理的防护措施，以此来充分提升长距离多起伏输水工程安全性，进而保证中国经济的稳定发展。