郊外长距离输送管网压力降低的补偿措施

张清林+李蜀予+肖力鑫

摘 要：宁夏铭嘉园林绿化有限公司郊外绿化工程水管长距离输送泄压严重，造成喷淋困难，附近又无电源，无法通过增压泵补偿压力。在项目成员的努力下，经过多次试验，整理分析数据，探索并设计在管路加装隔膜式气压密闭膨胀罐，成功解决了郊外没有电源，无法使用电力拖动的水泵补偿管网压力的问题，确保整个工程的正常运行。

关键词：输送管；压力降低；补偿措施

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.104

1 前言

宁夏铭嘉园林绿化有限公司主要从事园林绿化工程的设计、施工，苗木、花卉、草坪的种植、培育、养护及销售等建筑及市政工程。公司在郊外绿化施工过程中经常要用水管长距离输送，遇到最大的麻烦就是管道水压力损失。通常情况下公司采用的补偿方法就是设置多个管道增压泵，管道增压泵就是安装在管路上增压的泵。一般所说的管道增压泵指的是安装在管路上输送液体的泵，并不局限于某一种类或形式的泵，比如立式多级离心泵、卧式多级离心泵、立式单级离心泵、卧式单级离心泵、自吸式离心泵等都可以称为管道增压泵。但在使用过程要配备电源，然而郊外地区极少会有电源，所以公司急需一种能够不通过电源就能实现管道压力降低的补偿设备，项目成员经过多次实验，整理分析数据，希望探索并设计一种其他的增压设备来解决郊外没有电源，无法使用电力拖动的水泵补偿管网压力的问题，确保整个工程的正常运行。

2 设计思路

要设计出供管道压力补偿设备，就要先计算水管道压力损失。由水力学得知，管路压力损失主要包括管道沿程压力损失与局部压力损失。流体在管道流动时为克服摩擦阻力而损耗的能量称为沿程压力损失。摩擦阻力主要是流体与管壁及流体本身的内部摩擦组成。水泵的管道系统包括管路及其附件，水管道压力损失计算公式如下：

利用式（4）可以画出水泵装置的需要扬程或管路系统特性曲线。通过水泵性能曲线可以看出每台水泵在一定转速下，都有自己的性能曲线，性能曲线反映了水泵本身潜在的工作能力，这种潜在的工作能力，在泵站的实际运行中，就表现为在某一特定条件下的实际工作能力。水泵作为管路增压装置在特定流量和工作条件下的相关参数在选用时，需要考虑水泵本身所具有的性能，还需要考虑进、出水位以及管道系统的性能参数。

依据以上的思路，并考虑到实际情况，郊外没有电源，不能直接使用增压泵，项目成员设计出来一个新的思路，在管路中加装多个隔膜式气压密闭膨胀罐。如图1所示，设备主要是由充气阀、气室、气囊、水室四个部分组成。

按照上述公式，就要计算出长距离水管输送过程管道压力损失，并计算出罐内氮气的压力补偿值。

3 设备组成

气囊是采用天然橡胶、合成橡胶与纤维层进行硫化后制成，具有非常好的韧性与伸缩性能，它与管道的进出水口相接，接口处密封，要保证气囊是一个密闭的型腔，能够保持水室与气囊外的气室完全隔绝，气囊和钢罐之间的空间就是气室，内充氮气，因为氮气具有很强的惰性及比热容大的特点，特别适用。隔膜式气压密闭膨胀罐工作原理简单，因为气体具有可压缩性，当管道中流体压力发生变化时，气体体积变化引起的水室体积增大或减少进行吸纳或补充作用。

根据波义耳气体定律，当水路压力增高时，水体积增大，这时水室液体压力大于气室气体压力，部分水会被压入罐内的气囊里，直到气室气体的压力与水室水路压力达到平衡。当水路压力降低时，水体积变小，这时气室气体压力大于水室水路压力，部分水会被压回系统，起到对水路补充水量的作用。隔膜式气压密闭膨胀罐外壁设有压力表，可以检测充入氮气量，根据系统的最低需要压力及最高运行工作压力控制工作状态。由于隔膜式气压补偿器的作用，罐体内部在任何工作状态下都保持正压，成功解决了郊外没有电源，无法使用电力拖动的水泵补偿管网压力的问题，确保整个工程的正常运行。

4 研究应用情况

宁夏铭嘉园林绿化有限公司郊外绿化工程水管输送距离通常在60～80千米，管道直径为219毫米，壁厚为8毫米，因长距离输送，造成泄压严重、喷淋困难，附近又无电源，无法通过增压泵补偿压力。为解决以上问题，项目成员先进行前期准备工作，分析管网的复杂程度及压力下降值，探索一条节能、高效、优质的压力补偿工艺方法。然后完成对收集资料的基础分析，比较，探索出切实可行的技术工艺方案；并制定出实施计划，并论证制订的工艺方法的可行性。按照制定的在泄压严重的管网中断加装由钢质外壳，橡胶隔膜内胆构成的储能器件，也就是隔膜式气压密闭膨胀罐，20～30千米可以设置一个，每个罐的规格是直径1.2米，高度2米，水室和气室的初始设计空间比为1：1，气室氮气的初始压力为0.4Mpa。制作的膨胀罐具有以下多个特点：一次充气可保持长久使用，试验中可以使用4个月左右；罐体为密闭装置，气体与水相互不接触，保证水质不会受到外界的污染；设备占地面积少、安装快、投资少、操作维修方便；能自动消除管道中的水锤及噪音；在水管输送系统中能起增加水压和自动补水作用。设备在调试组装中使用了测温仪、放大镜、气锤、手锤、扁铲、手电、焊钳、焊帽、焊条（焊前需烘干）、焊接设备、角向光机、内磨机、水压试验设备、工具、材料等加工设备。膨胀罐现场安装试运行，有效的解决了郊外没有电源，无法使用电力拖动的水泵补偿管网压力的问题，确保整个工程的正常运行，完成最终结果（总体文本）并在该公司推广应用，效果良好。

5 结束语

（1）郊外没有电源时，隔膜式气压密闭膨胀罐是长距离水路管道输送非常有效的方法，解决了水泵补偿管网压力的问题。

（2）隔膜式气压密闭膨胀罐的使用在制定合理的技术方案后需要操作人员的耐心、细致的施焊和技术团队的相互配合。

（3）通过整改体现了学校服务地方企业的精神，为企业节省了增加费用，在企业内得到广泛推广，为今后的管道增压工作提供了有效的经验和技术方法。

参考文献

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