长距离输水压力管线通水试运行关键技术

罗一

（中交四航局第二工程有限公司，广州 510230）

1 引言

长距离大直径输水管道在施工过程中均经过分段水压试验，分段长度宜小于1 km，试运行通水阶段，由于距离较长不适合整体加压，检验管道整体抗压能力尤为关键，且管道安装由于地形地势变化大，管道轴线高差大，管道通水过程中排气能力和水压对通水制约性强，保通水防爆管是一项严峻考验。

2 工程概况

引邱入城管线工程自邱庄水库取水，经加压泵站升压后由压力管道输水至终点北湖，管线全长36.5 km，设计供水能力13.7 万m3/d，工作压力0.8 MPa，选用Dg1 420 mm 的供水管道，单管供水。岩石、碎石段及塌陷波及区采用Dg1 420 mm×12 mm 钢制管道；沙壤土段采用埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCP 管，DN1 400），埋置式双胶圈密封（PCCPDE）。

主管线井室共67 座，其中，阀门井14 座，排气井39 座，泄水井3 座，分水口井室4 座阀门井、4 座流量计井，2 座检修阀井，1 座调流减压井。除泄水湿井外均采用钢筋混凝土矩形结构。

与管线配套的引水泵站设置4 台单级双吸泵，为用三备一，水泵设计流量为0.55 m3/s，扬程为36 m，吸程大于5 m，配套10 kV 电压电机。

3 通水前准备工作

3.1 组织机构管理

引邱入城工程试通水系统由邱庄水库引水口、加压泵站、压力管道系统及北湖组成。该系统引水距离长，地形复杂，且为封闭引水系统，必须全力做好通水谋划准备工作，才可能完成从邱庄水库引水全线贯通试运行的过程。成立了“引邱入城工程试运行通水办公室”，统筹协调相关参建单位、部门和现场调度试通水工作[1]，下设“试通水调度中心”直接指挥8 个工作组共同完成通水任务，试通水组织框架图如图1 所示。

图1 试通水组织框架图

3.2 管道、泵站闸室水池等构筑物杂物清洁检查

试运行通水前，对引水管道全部井室、泵站2 个进水闸室、进水前池、泵房等构筑物内部残留的杂物进行全面检查与清理，确保所有构筑物内部杂物清理干净，清理水库引水渠进水口树枝、垃圾等杂物，防止杂物对闸门、水泵、阀门等正常运行产生阻碍和破坏。

3.3 管线设备检查

1）通水前一天，安排专人对管线全程巡线并熟悉管道走向，做好有积水或湿软地带标记，重点在较大转点处。

2）检查井室内自动化监测设备是否正常，检查所有阀门是否完好，启闭是否灵活及记录启闭阀门所用时间。

其中，排气井内复合排气阀由2 个阀门组成，顶部是排气阀，底部是蝶阀（当排气阀损坏时维修用），顶部排气阀随着管道压力自动启闭（启闭无须人工操作），底部蝶阀为手动启闭，启闭1 次时间约2 min，阀门井阀门为偏心半球阀，手动启闭，启闭1 次时间约10～15 min。

3）将里程8+176、13+944、28+966、33+761、36+402 处的分水口偏心半球阀、25+025 泄水井偏心半球阀关闭，0+000～36+517 线路内阀门井内偏心半球阀打开，陡河补水口24+043 处支管偏心半球阀打开，26+031 处阀门井偏心半球阀打开一半，36+517 处阀门井偏心半球阀打开1/4，8+434 泄水井、16+804 泄水井偏心半球阀打开。

3.4 泵站设备检查

1）检查前池水位满足要求，落实供水量能够满足试运行要求。2）检查供配电系统满足运行要求，落实供电保障情况。

3）检查自动化仪表系统运行情况，测量、控制、监视和保护满足机组启动条件。

4）清除引水渠及其周边可能淹没的一切物资，关闭水库溢洪道3 道主闸门。

5）调试放水洞检修门，引水渠放水前启闭2 次。

6）打开1#、2#、5#、6#号闸门，直至把前池水放满。

7）检查泵组电机与泵头连接螺丝是否安装到位，检查泵组阀门是否按要求在开闭状态（每台泵组进水阀门关，出水阀门开，总阀关状态）。

8）通过泵站自来水管将泵头注水直至灌满（因为离心泵头是空的，要注水排出空气）。

9）泵组抽真空（进水管高于前池水位，内部有空气，用泵站内真空系统将管道内空气抽空）。

4 试通水总体方案

4.1 充水方案的确定

由于管道线路长，充水过程中受地形高差影响大，管内水位上升必然不均匀，管内空气不易排出，充水时间势必相对较长，考虑充水过程中还可能发生问题需要返工，充水过程还需延长，因此，需要分段充水，分段选在泄水口位置，按泄水井附近河渠进行试通水分段的划分，根据划分区段和管线设计情况[2]，充水做了两个方案比较。

方案一：先充后洗法[3]。即对管线分4 段（第一段泵站至引水管线8+434 处泄水井；第二段引水管线8+434～16+413 处泄水井；第三段引水管线16+413～24+630 处泄水井；第四段引水管线24+630 至北湖出水口），按照段落先后顺序依次充水，待整条管道充水完成后，再分段对管道冲洗消毒，然后试运行。

方案二：边冲边洗法。把管线按方案一分4 段，按段落将一段充水完成后即进行消毒冲洗。例如，先充满第一段泵站至引水管线8+434 处泄水井管道并冲洗干净，然后进行第二段管道充满并冲洗干净，以此类推。待管道完全充水冲洗并检查各种设施正常后，然后试运行。

方案一的先充后洗法由于充水过程要求小流量，刚开始的运行调度比较简单[4]，管道浸泡时间较长，但后期冲洗时泵的切换也频繁；而方案二的分段充水冲洗分段进行作业，问题比较集中，人员比较节省，若管道有泥沙或污物，不会带到下游区。经过详细对比相关项目经验及本项目特点，决定选用方案二。

4.2 总用水量估算

引水管道充水、试通水的用水计算，不考虑打压时的剩余水量，总需水量计算包括以下几项。

4.2.1 管道充水及消毒冲洗的用水量

1）第一段管道充水及消毒冲洗的用水量

泵站前池至引水管线8+434 处泄水井，管道长8 434 m，管道直径Dg1 420 mm，第一段管道充满水状态需水约13 350 m3；按冲洗流量1.58 m3/s，冲洗1 h 的需水量约为5 688 m3；管道浸泡消毒用水约为13 350 m3。理论计算[5]管道充水、冲洗1 h 和消毒冲洗的需水量约为32 388 m3。

2）第二段管道充水及消毒冲洗的用水量

第二段引水管线8+434～16+413 处泄水井，管道长7 979 m，管道直径Dg1 420 mm，第二段管道充满水状态需水约12 630 m3；按冲洗流量1.58 m3/s，冲洗1 h 的需水量约为5 688 m3；管道浸泡消毒用水约为12 630 m3。理论计算管道充水、冲洗1 h 和消毒冲洗的需水量约为30 948 m3。

3）第三段管道充水及冲洗的用水量

第三段引水管线16+413～24+630 处泄水井，管道长8 217 m，管道直径Dg1 420 mm，第三段管道充满水状态需水约13 007 m3；冲洗流量为1.58m3/s，冲洗1 h 的需水量约为5 688 m3；管道浸泡消毒用水约为13 007 m3。理论计算管道充水、冲洗1 h 和消毒冲洗的需水量约为31 702 m3。

4）第四段管道充水及冲洗的用水量

第四段引水管线24+630 至北湖出水口36+523，管道长11 893 m，管道直径Dg1 420 mm，第三段管道充满水状态需水约18 825 m3；冲洗流量为1.58 m3/s，冲洗1 h 的需水量约为5 688 m3；管道浸泡消毒用水约为18 825 m3。理论计算管道充水、冲洗1 h 和消毒冲洗的需水量约为43 338 m3。

4 段管道合计充水用水量约为57 812 m3，冲洗用水量约为22 752 m3，消毒冲洗用水量约为57 812 m3；充水、冲洗用水量合计约为138 376 m3。

4.2.2 预估出现事故所需冲水量

管道充水过程中有可能会出现事故，需排空部分管道后二次充水，预估用水量按一次充满的20%考虑，需用水量约为11 562 m3。

4.2.3 试通水用量

管道试通水流量为1.58 m3/s（工作压力下），总通水时间按5 d 计算，用水量约682 560 m3。

以上各项总用水量约为83.25 万m3。

5 充水

5.1 充水技术要求

5.1.1 充水流量

在充水过程中，为使管道内空气有效排出，充水流速应重点控制，第一段管道充水过程流速为0.15～0.3 m/s，相应进水闸引水流量控制在0.5 m3/s。第二段和第三段流速控制在0.5 m/s，流量控制在0.8 m3/s，第四段流速控制在0.3 m/s，流量控制在0.5 m3/s。

5.1.2 特征水位

泵站前池进水管的运行特征水位：最低运行水位57.073 m，正常蓄水位65.500 m。

5.1.3 主要技术路线

在充水启动准备工作中，应对所有排气阀、闸阀、检修阀、流量计等设备进行空载试验，确保全线设备运行的安全性和可靠性。

1）正常充水

泵站从水库正常引水状态下，水泵提升水正常运行，管线沿线全部偏心半球阀、排气阀、流量计阀、调流减压阀应处于全部开启状态，泄水偏心半球阀处于关闭状态，沿线压力、流量传感设备正常运行。

2）非正常充水

充水准备工作就绪，各类阀门及检测设备处于正常工作状态，当充水至管线低凹地段而充水水位尚未达到末端阀出流状态，在低凹段出现突发事故时，第一段应及时通知泵站值守人员关闭闸门，第二、三、四段应通知泵站值守人员关闭水泵，切断上游充水水源。在事故低凹段管道流态稳定后（管内流速为零时），按规定关阀时间缓慢关闭下、上游检修阀门，对事故管段采取相应的处理措施后，开启下、上游检修阀门，继续完成后续充水程序，如需要排空处理，则应在下、上游检修阀关阀后，排空事故段管道，事故处理完成后，由备用水源井对事故管道段进行充水，管道充满后，事故段上、下游检修阀按上述开阀顺序进行行，继续后续充水平程序。

5.2 充水过程

1）本引水管线为有压管道，长距离、大直径、地形高差起伏大，管道内空气排出时间较长，充满水的时间必然更为漫长，顺畅排气是充水的关键，所以，管线充水首要是监控复合式排气阀排气情况。正常工作状态下，排气阀的排气量随着充水时间的延长而由小到大，排气声音由低到高。排气阀排气过程中，随着空气排出的同时可能会带出少量的水，如出少量水可判定管内冲水已到达此处。当排气阀不再排出空气时，说明该处管道己为满管流态。每处排气阀排气情况应及时汇报至调度中心，详细记录排气起止时间。

2）若排气阀出现故障不能正常排气，应关闭下部蝶阀，卸下排气阀检修故障，及时修复后复位安装[6]。

3）各监控点应通过对讲机定时汇报监测情况，出现突发问题实时汇报至调度中心，确保调度中心能实时掌握整体充水情况。

4）当水流经某段落后，调度中心应及时通知到对应段落巡线人员，要求加强巡线频次，沿管线路由，重点监测地面有无有塌陷、冒水等现象。若发现异常，应立即逐级汇报至调度中心。

5）提前将整条管线路由及桩号标示在奥维地图中，以便巡线人员分辨管线位置，重点巡视水平和竖向支墩位置，观察对应地面位置有无隆起或裂缝，据此判断支墩情况。若发现异常，应立即逐级汇报至调度中心。

6）整个充水过程中，应采用交接班制度，保证24 h 不间断巡线检查工作，按照值班表严格落实。

7）巡线检查人员每组不少于2 人，交接时交接人要拍照上传至工作群，确保交接不空岗，巡线检查工作的连续、有效。

6 试通水运行

6.1 要点

1）本工程安装的压力、流量传感系统可以正常使用，实时监测不同管段的压力情况和过流情况，从而监测管道充水情况，人为的调整偏心半球阀的启闭和开启程度[7]，控制过水流量。辅助充水的同时，也对相关设备进行调试试验，过程中做好记录以供分析总结，为后期正式运行积累数据。现场操控、通信使用对讲机，保证实时通信，以避免操作人员行动不同步，流量、压力不平衡。

2）试通水前要请有资质的单位对所有压力、流量传感设备进行率定和调试，保证采集数据真实、准确。定时采集压力、流量数据，充分分析数据后总结不同位置排气的大概时间和充水压力，确保在不同压力、流量情况下均有足够的应对调试时间。

6.2 全线试通水

在试通水运行过程中，对每个段落末端的偏心半球阀开闭情况进行控制，每段充水、冲洗、消毒完成后，打开球阀向下一段充水。控制、保持前池水位在设计允许范围之内（最高水位与最低水位之间）均属正常。

6.3 应急措施

1）充水过程中发现某处管道漏水：及时关闭该管道上、下游距离最近的阀门井阀门（同时关闭水泵及其他应关闭的阀门），隔离该段管道进行单独抢修。

2）如某处复合式排气阀漏水，则立即关闭该处排气阀下的蝶阀，并立即停止向管道内充水，待排除故障后再次充水。

3）管道出现爆裂事故：及时关闭该管道上、下游距离最近的阀门井内偏心半球阀（同时关闭其他应关闭的阀门），隔离该段管道进行单独检修；打开该段内的泄水井偏心半球阀自留排水，必要时使用水泵抽排，排空该段管道后进行更换。

7 结语

在引邱入城工程36 km 管线通水试运行顺利完成的基础上，实现了把邱庄水库水引入唐山市区，与市区自来水主管网、陡河河道以及丰润区第一水厂相连通，正式纳入城市供水水网体系。2022 年10 月21 日引邱入城管线工程正式通水运行，每年将为唐山主城区补充生产、生活、生态水源5 000 万m3，缓解了长期以来唐山水资源紧缺局面，全面提升了城市供水保障，成功营造出唐山市“双重水源、双重保障”城市供水的新格局。