长输管线供水的水锤预防和应用

摘要：随着城市的不断发展和水资源的地域分配不合理，长距离输水管线被广泛兴建。通过分析影响长输管线的运行安全的主要危害就是水锤，针对水锤的产生在设计、减少和运行过程中采取相应的控制措施，避免长输管线的水锤破坏，保障长输管线供水的安全可靠性。

关键词：长输管线水锤

1 引言

随着社会经济水平迅速发展，人民生活水平的提高，对水的需求要求是越来越高，也越来越迫切。而我国水资源的地域分配不合理，促使全国各地的长距离输水管线被广泛兴建。通过长距离输水管线把位于较远的水源输送到缺水的城镇，解决了许多城镇水源短缺的问题，但长距离输水管线多为单管，其运行安全问题成为输水工程中的重点和难点。长输管线随地势高低起伏敷设，不但节约能源，线路布置灵活、造价偏低。但这种长距离输水管线要着重考虑运行过程中的安全。因为在输送水的过程中，由于大部分长输管线都是利用天然地形落差靠重力流输水，运行中的管道在突然启闭阀时，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，就会发生爆管事故，从而影响正常供水。因此需要采取一些有效措施来降低和消除长输管线的水锤破坏。

2 工程概况

克拉玛依独山子区某输水工程始于取水首部（渗管取水区），止于城区蓄水池，本工程为远距离输水管线，输水管线总长61.774公里，采用有压重力流输水，供水规模3000万方每年，水源水为地表水，采用河床渗管取水。引水口地面高程870米，输水管末端地面高程为700米，首尾两地地形差170米。采用单管输水，管线主体材质采用PCCP管。该管线主要为炼化企业提供工业用水，长输管线的安全运行的可靠性要求更高。

3 长输管线安全运行的防护措施

当输水管道中的液体速度因阀门启闭等外界原因造成剧烈波动时，管道内部液体压强会发生迅速交替，这种交替变化的力作用管道、阀门或其它管路元件上时就会向锤子锤击物体一样，形象叫做水锤效应。水锤可以分为水柱连续的水锤现象（无水柱分离）和伴有水柱分离的水锤现象[1]。对长距离输水管道中的阀门启闭时发生的水锤效应采用的防护措施主要有管线分段、安装进排气和弥合水锤阀、安装管线稳压泄压阀、数据远传监控优化操作等手段。

3.1 长输管线分段

长输管线分段就是把一条管段按距离或者高程分割为若干段，在每一段的末尾设置消能阀和清水池，清水池直接通大气，消除因管道设计存在问题而产生额剩余水头，这样就能把前段的压力降到自然压力，减少了各段管道的工作压力，也减少了长水管线的水锤压力。

对长距离重力流输水管段进行水锤防护时，用中间清水池对管道进行分段或者分级不但技术上可行且易于实现，清水池容积一般可取5分钟管道的最大输水流量，并设置液位高低限，一是保证供水管道满管运行，二是避免因溢流造成水的流失。

根据末端压力需求和长输管线的地形地势，克拉玛依独山子区某输水工程输水管线分为两段。第一段为取水口至中间汇水池，输水管道总长21.835km，设计流量Q=1.5m3/s ，流速1.77m/s，首尾高差110米。第二段为中间汇水池至城区蓄水池，输水管道总长39.939km，设计流量Q=1.5m3/s ，流速1.77m/s。首尾高差70米。

3.2 安裝防水锤的阀门

长输管线因随地形敷设，高低起伏。在长输管线凸起点装设进排气阀，对防止管道水锤破坏，保证输水管道安全至关重要，排气不畅极有可能造成管线被抽瘪或者爆管。只有当管道内的压力低于大气压力时通过进排气阀吸入空气，防止管线抽真空造成管线被抽瘪;当管道中压力上升高于大气压时，气体向管线凸起处汇集，并通过排气阀排出，防止空气排不出时形成气阻，导致断流弥合水锤发生，使管道升压。

在主线阀门前安装稳压泄压阀，稳压泄压阀的主要作用是当管道中发生水体流速变化时，会造成某点的压力过高，在此的稳压泄压阀检测到压力限值时，自动打开阀门泄流掉一部分流量，维持管道在此点的压力，当压力降到设定的安全值后，稳压泄压阀再自动关闭。

在管线中设置减压阀，减压阀主要是降低因部分管段落差大，低位管线需要承受较高的静压，致使低位管线需要承受更大的水锤压力。通过在中间设置减压阀，降低低位的管压同时可以减少管线的建造成本。

克拉玛依独山子区某输水工程输水管线根据管线走势，在管线沿线高点共设置进排气阀门60台，弥合水锤阀2台，稳压泄压阀7台。防止管线水锤影响正常供水。

3.3 运行控制

开工前应按照小流量对管线进行充水，使管线处于满管装态并检查各点静压值都显示正常，然后通过控制出口阀门调节进口阀门和进口水池水位保持满管运行。

根据输水管道输水要求的流量，在管道输水限制流量下运行。正常运行工况下，从下游向上游依次缓慢调节闸阀开度，使流量保持一致。每次调节流量不大于设计给出的值，调节间隔时间不小于最小间隔时间，保持各源头和中间汇水池的水位在指标范围内稳定，各水池无弃水，管道进口不进气。

需加大供水流量时，相应增大注入源头和中间汇水池的水量，同时加大尾端调节的开度并控制增加流量不大于设计给出的值，调节间隔时间不小于最小间隔时间。

需要减少供水流量时，相应减少注入源头和中间汇水池的水量，同时调节末端和源头的调节阀控制流量，每次调节流量不大于设计给出的值，调节间隔时间不小于最小间隔时间，保持各源头和中间汇水池的水位在指标范围内稳定，各水池无弃水，管道进口不进气。

4 结语

本文针对长输管线供水时的水锤破坏，提出了预防长输水线水锤的预防和防护措施，并在工程实例中进行应用，很好的解决了水锤对该管线的安全平稳运行的影响。

参考文献：

[1] 金锥.停泵水锤及其防护（第二版）：中国建筑工业出版社，2004年11月

作者简介：赵先甲，男，1984年9月出生，籍贯湖北松滋，大学本科学历，工程师，主要从事供水生产运行。