隧道消防管道爆管產(chǎn)生的原因分析

陳義森

（廈門路橋建設(shè)集團有限公司，福建 廈門 361026）

1 隧道消防管網(wǎng)爆管原因分析

隧道消防管網(wǎng)中的氣體主要有2部分，一部分是管網(wǎng)未充滿水時原來存在于管道中的；另一部分則是溶于水中的氣體在流動的過程中不斷地析出的。

當向空的管道內(nèi)注水時，原來存在于管道中的氣體，尤其是在管道轉(zhuǎn)折處，由于管阻作用無法迅速傳送而被急劇壓縮，形成短暫的高壓氣體。在運行過程中，高壓氣體會向2個方向釋放壓力，一種是向管道下游傳送，繼續(xù)壓縮管道下游氣體，加速排氣裝置的排氣速度，這種壓力傳送在排氣順暢時，不會對管網(wǎng)造成損壞；另一種就是反作用于來自管道上游的水，由于氣體的可壓縮特性，導致水與氣體反復相互沖擊，沖擊力造成管道震顫，震顫程度與注水速度、注水壓力成正比，達到一定程度時就會使管道變形、錯位，直至固定裝置失效，繼而在管道薄弱處發(fā)生爆管。

另一方面，溶于水中的氣體，在管道內(nèi)流動過程中不斷地從水中析出，形成氣泡上升到管壁，氣泡在水的推力作用下順水流向前運動。在管道上坡段，由于浮力的作用，氣泡流速大于水流速，小氣泡沿管壁一定寬度向前平行流動，經(jīng)過最高點的排氣裝置時，管道內(nèi)的大部分氣泡有條件排出，由于管壁處的紊流、流速和切線特性，使一些小氣泡越過排氣裝置順坡而行向下游流去，其運動方向與氣泡所受浮力的分力方向相反，這個浮力合力產(chǎn)生的阻力，使氣泡運動的速度減慢，后續(xù)氣泡撞擊前面氣泡而形成大氣泡，氣泡越大產(chǎn)生的浮力也越大。隨著氣體越積越多，水的過流截面縮小，氣體被壓縮，產(chǎn)生強大壓能，容易使管道產(chǎn)生跑冒滴漏甚至大面積爆管。

以上2種結(jié)果重則可使管道內(nèi)的氣壓超過管材許用應力臨界點，發(fā)生爆管；輕則會使管道出現(xiàn)壓力不穩(wěn)現(xiàn)象，并造成一系列管道壓力達標的假象，影響正常施工、驗收、運行的判斷。

無論是爆管還是管內(nèi)壓力不穩(wěn)，都對消防管網(wǎng)的正常運行帶來極大隱患，并影響到隧道的交通安全，必須準確分析判斷，及時消除。

2 隧道消防網(wǎng)管實例分析

某隧道全長5.02km，隧道內(nèi)消防管網(wǎng)最高點與最低點高差達130m，隧道外供水管路采用對焊法蘭連接，隧道內(nèi)采用溝槽式連接，在進行管道試壓與試運行時，先后6次發(fā)生因管道內(nèi)氣體造成的事件，其中比較典型的是因管道內(nèi)存在氣體造成的壓力不穩(wěn)和爆管。

2.1 試壓時管道壓力始終不達標

2.1.1 事件過程：隧道引線分段試壓時，加壓泵工作2.4h，管道內(nèi)壓力不上升。

2.1.2 事件分析：試壓段長800m，高差24m，試壓壓力為1.2MPa，全段檢查，無滲漏處，檢查最高處的消火栓箱內(nèi)的放水閥，有水放出，無氣體排放現(xiàn)象。分析試壓過程：試壓時先是把管網(wǎng)內(nèi)的水注滿到一定程度，再用加壓泵注水，使管內(nèi)壓力達到試壓壓力；注水時主管道內(nèi)的部分氣體向上游流動并經(jīng)排氣裝置排出，部分氣體進入支管并被壓縮，通過人工操作箱體內(nèi)的放水閥排出管道；試壓時施工人員從下游開始逐個從箱體內(nèi)的放水閥開始放氣，直至有水放出再關(guān)閉放水閥，至此，通常被認為管網(wǎng)內(nèi)的氣體已經(jīng)排凈，卻往往忽視了試壓段最高端的支管與試壓泵接口段的氣體，如在試壓接口處沒有裝設(shè)排氣裝置，氣體是無法排放的，只能被壓縮；經(jīng)現(xiàn)場測量，此段管長2.1m，松開打壓泵接口，有高壓氣體排出，壓力表指針急劇下降，反復此過程后，壓力表指針下降程度減小，因此分析認為此問題為管道內(nèi)氣體排放不凈造成。

2.1.3 處理方法及效果：改裝試壓盲板，在盲板上引2根管出來，一上一下，上管加裝一排氣閥，下管與加壓泵相接，在注水過程中，各消火栓箱內(nèi)的放水閥正常放氣，同時盲板上管的排氣閥也要打開，直至有水放出，再關(guān)閉開始加壓。經(jīng)此改裝，此類現(xiàn)象再沒出現(xiàn)過，同時加壓速度也加快了很多。

2.2 試運行期間管網(wǎng)壓力不穩(wěn)

2.2.1 事件過程：隧道內(nèi)管網(wǎng)注水2d，壓力達到設(shè)計要求，高位水池水位平穩(wěn)保持在2.5m線上，不再下降；但一夜之間，大部分管道壓力下降，部分管段壓力下降為零，開啟閥門，無水放出；檢查水池，水位下降至0.5m，水泵自動啟動。最初認為有人用水，調(diào)出施工段錄像，無用水現(xiàn)象，再注水至壓力穩(wěn)定后，第2天再次出現(xiàn)類似現(xiàn)象，安排人員進行全程鋪地式檢查所有接口，發(fā)現(xiàn)有2處漏水點，但處理后，現(xiàn)象依舊。

2.2.2 事件分析：經(jīng)計算用水量發(fā)現(xiàn)，2座500m3的水池，全滿狀態(tài)下要注滿近50km的管網(wǎng) (其中2.4km為DN250管道，46km為DN200管道，其他為DN150與DN100管道)，加上水泵蓄水時間需要注水5d，扣除減壓閥調(diào)整時注的水，在管網(wǎng)不漏水的前提下，最少也要3d才能確保管網(wǎng)內(nèi)水滿。在漏水點造成此現(xiàn)象的因素排除后，問題的關(guān)注點開始集中在管道內(nèi)的氣體排放問題上，為了加速氣體的排放，操作人員都是打開消火栓頭進行排氣，發(fā)現(xiàn)有水流出并有壓力時就關(guān)閉栓頭，理論上應該說氣體已經(jīng)基本排凈；現(xiàn)場抽取兩減壓閥間一段進行檢查試驗，把管網(wǎng)水注滿，壓力表達標，關(guān)閉2個減壓閥，在上游減壓閥下方第1個閥門處打開放水，水壓正常，但臨近閥門壓降不正常，速度過快，關(guān)閉放水閥門，再次注水至壓力表達標，閥門全開放水，發(fā)現(xiàn)噴出物為水氣結(jié)合物，多次進行類似放水過程，試驗管段壓力開始恢復正常，關(guān)閉保壓24h，管網(wǎng)壓力下降至符合規(guī)范要求。至此表明，此次事件也是由于管網(wǎng)內(nèi)氣體未排盡，導致試壓過程中表壓達標假象。

2.2.3 處理方法及效果：由于隧道內(nèi)已經(jīng)有車輛通行，不能進行大面積放水，同時也考慮到水泵的運行要求，采取了不斷注水、不斷排氣的方式，管網(wǎng)初步注滿后，進行一次排氣，第2天檢查，有壓力下降時再進行注水再排氣至壓力恢復正常，經(jīng)過一周的時間，管道壓力完全恢復正常狀態(tài)，沒有出現(xiàn)反復現(xiàn)象，抽取幾處閥門放水，再注水觀察24h，壓降符合規(guī)范要求，問題排除。

2.3 檢修時管道爆管，閥門井破裂

2.3.1 事件過程：高位水池出水管道在維修完畢開始注水時，發(fā)生爆管現(xiàn)象，爆管前均發(fā)生了強烈的管道震顫，并伴有劇烈響聲，隨即發(fā)生爆管，管道固定裝置雙道U型管卡全部損壞，并將下游隧道口閥門井沖垮。

2.3.2 事件分析：上游閥門井至隧道口閥門井管路長約1200m，管道為DN250內(nèi)外涂塑鋼管，井內(nèi)設(shè)DN250手動渦輪閘閥，此段管路敷設(shè)在山上，有多處轉(zhuǎn)折點，最高處均安裝有自動排氣裝置；管道連接方式為對焊法蘭連接，每2m一個管道支墩，每個支墩上有立體框式8×80角鋼支架，每個支架用雙道u型管卡固定管道，隧道口閥門井內(nèi)的三通為轉(zhuǎn)換法蘭連接，并設(shè)兩個支架固定，符合設(shè)計要求；事故發(fā)生后，管卡全部松動，螺紋被拉平，轉(zhuǎn)換法蘭與閥門井壁被損壞。

分析認為：此問題為操作人員操作不當，放水時閥門打開過快，水池相對隧道口標高為96m，壓力很大，當閥門打開過快時，帶壓力的水迅速在管道內(nèi)全截面下涌，檢修點處在管道轉(zhuǎn)折點處，轉(zhuǎn)折點是氣體最容易積存的地方，積存的氣體在很短的時間內(nèi)被迅速壓縮到管道轉(zhuǎn)折點，注水時氣體因無法順暢排出而被迅速壓縮；由于氣體的可壓縮性，當氣壓過高時，通過轉(zhuǎn)折點向下擴散的壓能在三通處受到制約，因此大量的壓能就反沖向下涌的水，致使壓縮氣體與壓力水發(fā)生間斷性的強烈碰撞與沖擊，從而產(chǎn)生強烈震顫與聲響，導致固定裝置失效，轉(zhuǎn)換法蘭與閥門井壁損壞。

2.3.3 處理方法及效果：放水時緩開閥門，使水流不能占據(jù)管道的全截面，降低水流速度，使管道內(nèi)的氣體慢慢地匯集到轉(zhuǎn)折點處或最高處從排氣閥中排出，當最高點排氣閥出水時，表明管道內(nèi)已無氣體，水已充滿，此時可以將閥門全部打開。經(jīng)此處理后，未再發(fā)生此類爆管現(xiàn)象。

3 結(jié)語

管道內(nèi)氣體是在正常施工和正常運行狀態(tài)下最易導致爆管現(xiàn)象產(chǎn)生的因素之一，也是最危險的因素之一，但只要了解氣體在管道內(nèi)造成爆管的原理，及時采取相應的措施，就可以避免爆管現(xiàn)象的發(fā)生。

[1]王雄華.消防管道水壓試驗事故的處理[J].石油工程建設(shè).2001,8.