长距离输水管道中减压措施的探讨

杨杰 李倩

【摘要】十三五期间，为缓解城市用水，兴建了许多长距离的调水工程，用来缓解水的供需矛盾。在管道运水过程中，采取了将管线适当分段设减压消能设施和适当延长闸、阀关闭时间，进行管道减压以保证管道安全。本文主要分析长距离输水管道中减压措施。

【关键词】长距离；输水管道；减压措施

前言

进入十三五后，社会经济水平发展迅速，人们的生活水平极大提高，对水的需要量也在不断的加大，而我国水资源较缺乏，经常需要进行长距离调水。管道输水方式，具有一些优点，可以根据地形条件进行铺设，不但节约能源、而且水质不易被污染、漏损小、 线路布置灵活、造价较低。但是这种输水方式需要考虑管道的安全运行，因为在输水过程中，由于利用天然地形落差靠重力流输水， 当运行中的管道在突然关闭闸、阀时， 会产生水锤现象， 当水锤压力超过管道的允许承受的压力时， 管道就会破坏， 需要采取有效措施以降低管道工作压力。

1.长距离输水管减压措施

当有压管道中的水流速度因为外界的某种原因而发生剧烈的变化时，液体内部压强将因此而产生迅速交替现象，这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上就像锤击一样，故称为水锤。城市供水保证率要求高， 供水安全问题被社会广泛关注， 做好水锤防护是保障长距离压力管道工程安全的关键。

1.1工程预防措施—管道分段

管道分段即是把一条长管道分割为若干段不连续的管道，在每一个管道的末尾部分设置闸阀和消能设施，这样就能够起到较好的分压作用，大大减小了水锤的压力，从而减少管道的工作压力，而且减压设施也能够消除因为管道设计存在的问题而产生的剩余水头。

在长距离输水压力管道中，设置调压室、减压池缩短压力管道是常用的减小水锤压力的措施。重力流压力管道输水工程利用天然地形落差自流输水，正常运行时测压管水头小于静水头；当管路上的闸、阀关闭后，管中最大静水头即为地形最大落差， 落差越大，管道承受的压力越高，当闸、阀非正常关闭时，容易产生较大的水击压力， 造成爆管事故。对于地形起伏大的重力流管路，在管路高点、转折点易发生断流空腔，并造成断流弥合水锤。对长距离重力流输水管道进行水锤防护时，用减压水池对管道进行分段或者分级，往往有很好的效果，不但技术上易于实现，而且因为不依赖于人为操控而具有较高的工程可靠性。减压水池将长距离管道分成几个较短的管道，从而简化输配水条件，降低水锤发生的可能性。减压水池容积一般可取5min管道最大输水流量。

1.2 技术防护措施—阀门选择

1.2.1 空气阀

空气阀对防止水锤破坏，维持输水管道安全运行至关重要，排气不畅可能产生爆管，造成严重事故。空气阀通常装设在管线凸起部位，当管道内压力低于大气压时吸入空气，而当管道中压力上升高于大气压时排出空气。由于普通排气阀在一定压力下会突然起球终止排气，导致断流弥合水锤发生，使管道升压较高。

1.2.2超压泄压阀

超压泄压阀的主要作用是当管道中发生水力瞬变流，某点的压力过高时，在此点的超压泄压阀自动打开，泄流掉一定流量，维持管道在此点的压力， 当压力降到设定安全值后，超压泄压阀再自动关闭。超压泄压阀的泄压值应根据输水管道的最大使用压力和管材强度，经水力计算确定。超压泄压阀的口径宜为主管道直径的1/5～1/4 ，或经水力计算确定，泄压值也可采用最大使用压力加0.15 MPa～0.20MPa。超压泄压阀设置在末端阀门前，以及管道局部高压处。

1.2.3减压恒压阀

采用减压恒压阀，可降低管道正常工作压力，降低管材耐压等级，大大减少管道工程造价；减少管道漏失水量，增加了管道系统的安全系数。将减压恒压阀的动作压力设定为管线通过设计流量时的动水压力，则当减压阀后压力高于该设定值时，减压阀自动迅速关闭，直到减压阀后总压力减小到管线设计压力时，阀门自动打开，全开状态处于不减压状态。在无泵管路中，一般减压恒压阀的有效口径与主管道直径相同。

1.2 .4 出口控制阀

管道末端富余水头较大， 就对出口调节阀提出了较高要求， 要求阀门具有良好的减压调流功能。良好的减压调流阀必须具备：① 良好的抗气蚀能力；② 良好的线性调节特征。传统的闸阀、球阀和蝶阀等均是出色的截断阀， 但若用于调节流量或压力时， 常会产生严重的振动和噪声， 气蚀破坏较大，流量调节特性差。针阀（活塞阀）采用锥形活塞在阀体内部的移动， 来达到流量线性调节的功能， 并在结构上引导水流在阀体内对撞消能达到减压目的。锥形活塞由阀体内部导轨引导， 在流量中作轴向移动，在任何位置活塞的环形节流阀确保其线性操作特性。另外， 水流通过节流导流成为高速流体， 沿径向流向阀体水平中心线而互相撞击， 在此处气泡产生和破裂均处于介质流中， 由此将气蚀限制在阀体中心， 不产生气蚀破坏。

1.3 运行管理措施—阀门开闭操作控制

由于长距离压力输水工程管道起伏大， 充水过程水力条件复杂， 目前均采用较小的充水流量和较长的充水时间。为了防止管道停运时空管， 工程运行过程中大都采用操作管道最末端的阀门， 使工程运行或停运。管道末端阀的关闭过程（关闭时间与角度关系）， 对水锤压力的影响很大， 因此应优化其关闭过程， 使得管道的水锤正压不超过管道的承压能力，且应尽可能的小；使管道尽量不产生负压。控制管道末端阀的关闭时间，使水压波传播趋于平缓，避免压力振荡，降低管道升压， 能有效预防因关阀太快引起的直接关阀水锤，消除水锤危害，从而预防爆管事故的发生。另外，管道末端阀门的关闭方式、操作时间以及各种水锤防护设备的正确运行对管道安全意义重大，故根据水锤分析计算制订运行操作规程及对维护管理人员进行培训都是非常重要。

结语

对于地面起伏大、富余压力较大的长距离重力流压力输水管道工程，对管道

进行分段减压的工程預防措施；其次应慎重选择空气阀、超压泄压阀、末端控制阀及减压恒压阀等并合理布置，这是保障管道安全的重要技术措施；最后应根据水锤分析计算结果，制定操作规程，对末端阀门的关闭及开启过程进行严格控制是消除水锤破坏、保证供水工程安全的重要运行管理措施。

参考文献：

[1]CECS193：2005城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程

[2]杨玉思，李树军，辛亚娟.长距离大管径重力流输配水管道水锤防护方法探讨[J].给水排水，2008， 34（10）：121-125.