大管径输水管路的水锤灾害形成原因和预防措施

摘要：在大管径输水管路的运行当中，由于一些原因的影响，可能会产生水锤的现象，其对于输水管路来说是一种較为严重的灾害。水锤产生的巨大压强，将造成管路连接部件或阀门损坏，甚至可能发生爆管的情况。因此，在大管径水水管理中，对水锤灾害进行概括，并分析其形成原因，进而分别从开关阀、启泵停泵等不同阶段入手，研究了预防水锤灾害的措施，保护输水管路的安全。

关键词：大管径；输水管路；水锤灾害；形成原因；预防措施

前言：

在封闭式管路系统会水泵当中，在一些特定情况下，可能会发生水锤的现象，主要是由于管道内流体流量，在段时间内迅速改变，产生强烈的压力波动，进而引起振动的情况。水锤能够在产生远超过正常压力的瞬间压力，造成的影响也往往是破坏性的。对于大管径输水管路来说，可以根据水锤灾害的形成原因，采取有效的预防措施，将水锤灾害消除，例如对管路或水泵开闭时间延缓，或使用专门的水锤消除器等。

一、水锤灾害的基本概述

水锤效应是大管径输水管路中一个比较常见的问题，在水泵启停过程中，突然变化的水流对管道造成冲击，产生严重的水击现象。输水管路内壁通常为光滑表面，水可以自由流动。如果阀门突然关闭或泵停止，水流会对关闭阀和阀门施加压力。在光滑的墙里面，后续水流受到惯性影响，会很快增大水力，进而引起破坏效果，形成了水锤灾害。另外，阀门突然在关闭状态下打开，或者突然启动泵，也会形成水锤灾害[1]。水锤灾害将导致输水管路中压强增大，比常规工作压强会大上数十倍，当压力波动时，管道剧烈振动，容易造成阀门、接头等位置的损坏断裂，或者直接发生爆管的事故，对供水系统云新造成影响。

二、水锤灾害的形成原因

大管径输水管路中，形成水锤的原因是多方面的。在管路运行中，如果阀门突然开启或关闭，或是水泵机组突然启动或停止的情况，将引起管路中水流量的突然变化，将管路中原有的平衡状态打破，进而产生较大的瞬间压强，引起水锤的现象。如果使用单管向高处输水，水受到重力的作用，具有向下运动的力，与后面输送上来的水之间形成对冲，导致压强增大，形成水锤现象。输水管路中，如果水流速度过快，产生的力和压强也会比较大，在达到一定程度后就容易形成水锤现象[2]。在长度较大的输水管道中，如果管道地形有较大的变化，管道中弯曲较多，水流在转弯处或遇到地形变化的位置，都会对管路造成冲击，进而增大局部瞬间压强，引起水锤的现象。

三、水锤灾害的预防措施

（一）开关阀水锤的预防

开关阀过程中引起的水锤现象，一般包括了直接水锤、间接水锤扥不同形式。对于这一问题，将开阀、关阀的时间适当延长，就能够避免直接水锤灾害的形成。同时，为了使水泵出口的压力得到减小，当阀门关闭到15%时，关闭混流泵和离心泵，从而延长阀门的使用寿命。避免阀门的损坏和水锤的发生。而对于轴流泵来说，通常在水泵出口的位置，不需要对阀门进行设置。

（二）启泵水锤的预防

启动水泵时容易产生水锤灾害，对于此类水锤灾害的预防，应在启泵钱尽量将输水管路中的空气排除，在管道中充满水之后，再将水泵开启。而在大管径和长距离的输水管路中，需要将自动冲水设备、自动排水阀等，设置在隆起部位。如果水泵不得不在空管状态下启动，为了预防水锤灾害的发生，可以采用分阶段开启泵的策略。首先打开泵出口位置阀门的一部分，同时全部打开管路中的其它阀门，然后将水泵开启，当水充满管路之后，在按照规定角度打开水泵出口位置阀门[3]。对于水泵中设置了止回阀的情况，也要对自动旁通阀、自动排气阀等进行设置。水泵运行当中由于发生事故而停泵，在重新开启前，需要将止回阀后管道中，用水充满，然后才能将水泵启动。为了保证供水系统的稳定，确保泵出口阀门在泵开启时没有完全打开。

（三）停泵水锤的预防

当水泵关闭时，供水管中的水流在惯性作用下会慢慢流向水池，然后逐渐减速，最后停止。在重力水头的作用下，管道内的水会倒流到泵内，速度会逐渐加快。水流在管道中的流苏发生改变，进而可能引起水锤灾害。在大管径输水管路中，停泵水锤的现象十分常见，造成的危害也很高，所以应当积极采取措施预防。在实际工作中，可以降低输水流速，尽可能应用厚度较大的管道，使输水管路水流速降低，进而预防水锤灾害。将电动机惯性改变，应用较大转动惯量的电动机，或对足够惯性的飞轮加以配置，以减小水锤压力。管线的设置应当科学合理，在输水管道的设置中，要保证管道的畅通。防止坡度改变、出现峰点等问题[4]。在输水管道中，应将排气阀设置在不可避免的峰值，以防止水锤灾害的发生。水泵扬程的设置要科学，要认识到泵房几何扬程对水泵停水锤的影响，即扬程越高，停水锤越大。所以需要在满足需求的情况下，尽量缩短水泵扬程。将输水管路长度尽量减小，如果输水管路长度过大，将会增加停泵水锤值，所以在可能的情况下，将输水管路长度尽量缩小。对一些不必要的止回阀取消，止回阀过快的关闭是引起停泵水锤的重要原因，所以可将一些不必要的止回阀取消，以减少停泵水锤。

对于不能取消的止回阀，在闭合中要缓慢，防止停泵水锤的痴线，在大管径输水管路中，设置微闭蝶阀和止回阀。阀门关闭过程中所发生的水流倒流现象，可以间溢流管设置在吸水井。实际工作中可以采取蓄能式、重锤式等方法缓闭止回阀，根据实际情况，有效调整阀门关闭时间。不过，缓闭止回阀的方法，对于输水管路峰点的弥合水锤问题，没有有效的预防措施。水锤消除器，设置在止回阀下游，通过水锤消除器，消除管道中的水锤压力。简单地说，当管道内的压力值低于保护值时，泄水口会自动打开泄水口并压下压力，以保证管道压力平衡。当管道内压力较大时，排水口会自动打开，以降低管道压力。通常在泵出口处安装液压控制阀，通过泵出口处与管网之间的压差自动切换阀门。该阀配有活塞缸或隔膜室，控制阀门的启闭速度。双向调压塔应位于泵站附近或管道的适当位置，且双向调压塔的水面高度应高于输水管道终端池的水面高度。调压塔可根据水管压力的变化，通过供水或排水来降低水锤的压力。单向调压塔可安装在泵站附近或管道的适当位置[5]。当管道内的压力较低时，将水注入管道，以避免水锤现象。压力罐根据气体体积和压力的规律工作，随着管道压力的变化，压力罐应补充或吸收管道内的压力，以避免水锤灾害。PLC自动控制系统，自动检测水管压力，自动控制水泵的开、关、转速。学会控制流量，保证水管压力稳定，降低水击灾害发生的概率。

四、结论

水锤灾害是大管径输水管路中比较常见的一种灾害类型，将会引起管路连接处或阀门处破裂损坏，或是引起爆管等事故，导致供水系统无法正常运行，或是造成其它严重的损失等。大管径输水管路中，水锤灾害的形成原因较多，主要是阀门突然开闭或水泵机组突然启停等。因此，为了预防水锤灾害的产生，应当在开关阀门、启停水泵等容易发生水锤灾害的阶段，采取有效的措施消除水锤产生的因素，进而有效预防水锤灾害的发生。

参考文献

[1]李彦红，高风，辛玉玲.长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护方案[J].现代商贸工业，2015，36（27）：267-268.

[2]徐晶，杨文勇，刘瑞.高扬程大管径输水管道水锤防护方案及成果比较分析[J].广东化工，2015，42（23）：93-96.

[3]杨玉思，高学贞，闫明.长距离大管径平坦地区输水管道水锤防护技术[J].给水排水，2010，36（9）：174-176.

[4]刘竹青，毕慧丽，王福军.空气阀在有压输水管路中的水锤防护作用[J].排灌机械工程学报，2011，29（4）：333-337.

[5]王晓芃.大管径输水管路的水锤灾害形成原因和预防措施[J].建材与装饰，2018，No.547（38）：301.

作者简介：赵春风，（1980），男，汉，黑龙江齐齐哈尔，工程师，硕士，中石化南京工程有限公司，化工设计，211100。

（作者单位：中石化南京工程有限公司）