高扬程大起伏地形长距离输水工程水锤防护实例研究

韩建军　陈立志　施童　苏泉　刁美玲

摘 要：针对我国某长距离压力输水工程，通过不同防护设备方案比选对管道进行水锤防护实例研究。结果证明，在高扬程大起伏地形长输管线中，以空气阀作为必备的基础防护措施，合理设置抗水锤气压罐可有效保证高扬程大起伏地形长距离输水工程的管道运行安全。

关键词：压力长输管道；高扬程；大起伏地形；水锤

引言

长距离输水工程作为一种解决缺水地区水资源问题的重要方法，已在多处地区使用，但长距离有压输水管道中水锤现象经常发生，尤其高扬程大起伏地形长输管线更易产生水锤，由此造成的损失及伤害不可估量。因此，现针对高扬程大起伏长距离输水工程的特点进行水锤防护实例研究。

1 工程概况

某长距离压力输水工程全长13km，最大落差135m，蓄水池水位515m，吸水前池水位512m。管线起伏大，高点处易发生断流空腔水锤及断流空腔再弥合水锤。稳态计算结果管线建议承压能力为1.0～2.8Mpa，如图1所示，经分析，全线自由水头均在承压范围之内。

2 水锤防护方案的对比研究

本工程实例中主要采取两种水锤防护方案，单向调压塔方案和抗水锤气压罐方案（以下简称“气压罐方案”），这两个方案均以空气阀为必备基础防护措施。

首先，在无任何水锤防护措施的情况下，根据电算成果绘制出此工况下的压力包络线，全线多处出现负压，如图1所示。

图1 管线无水锤防护压力包络线 图2空气阀位置图

根据该工程扬程高、落差大等特点及以往工程经验，为了水锤防护及通水，在管线坡峰处设置三级缓排式空气阀，在管线起伏不大处设置复合式空气阀作为水锤防护基础措施。本工程共设置复合式空气阀10处，三级缓排式空气阀7处。

由图2分析可知，复合式空气阀及三级缓排式空气阀不能有效缓解管线负压问题，当发生停泵水锤时，整个输水管路沿线仍多段出现水柱拉断现象，不满足水锤防护计算要求，需增加水锤防护设备，以保证管线安全运行。

2.1 单向调压塔方案

由于该工程具有高扬程、大起伏的特点，水锤现象很严重，经过分析，共设置四处单向调压塔。如表1所示。

单向调压塔可以解决管线中大部分的负压问题。但是局部高点仍然会出现断流问题，因此管道运行存在一定隐患，需要采取进一步防护措施。如图3所示。

2.2 气压罐方案

在水泵出口处设一个体积为6m3，充存压力1100kpa的气压罐，与管道连接管的口径DN250m，两阶段阀关阀时间第一阶段为3s，由全开至90%；第二阶段为5s，由90%至全关。计算结果如图4所示。通过设置气压罐可有效降低管道内的负压。

2.3 方案对比

如表2、表3所示，单向调压塔可有效缓解高扬程长距离的输水管道中的水锤降压，但需要两阶段缓闭止回阀关阀时间较快，对阀门要求较高。一般阀门较难实现。相对而言，气压罐则既可以防止负压又可以防止低压，抗水锤性能全面、应用灵活、安全可靠、运行维护方便，且关阀时间相对于单向调压塔慢。

表2 单向调压塔与气压罐方案压力包络线对比结果

表3 单向调压塔与气压罐方案对比结果

3 结束语

综上所述，在高扬程大起伏长距离的输水管道中将空气阀及两阶段缓闭止回阀进行合理设置，并在将其作为基础的水锤防护措施设备的基础上，利用气压罐作为主要的水锤防护措施，可有效减小水锤带来的危害。

参考文献

[1]金锥，姜乃昌，汪兴华，等，停泵水锤及其防护（第2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

作者简介：韩建军（1972-），男，本科，总工程师，主要从事工程管理。