郊外長距離輸送管網(wǎng)壓力降低的補償措施

張清林+李蜀予+肖力鑫

摘 要：寧夏銘嘉園林綠化有限公司郊外綠化工程水管長距離輸送泄壓嚴重，造成噴淋困難，附近又無電源，無法通過增壓泵補償壓力。在項目成員的努力下，經(jīng)過多次試驗，整理分析數(shù)據(jù)，探索并設計在管路加裝隔膜式氣壓密閉膨脹罐，成功解決了郊外沒有電源，無法使用電力拖動的水泵補償管網(wǎng)壓力的問題，確保整個工程的正常運行。

關鍵詞：輸送管；壓力降低；補償措施

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.104

1 前言

寧夏銘嘉園林綠化有限公司主要從事園林綠化工程的設計、施工，苗木、花卉、草坪的種植、培育、養(yǎng)護及銷售等建筑及市政工程。公司在郊外綠化施工過程中經(jīng)常要用水管長距離輸送，遇到最大的麻煩就是管道水壓力損失。通常情況下公司采用的補償方法就是設置多個管道增壓泵，管道增壓泵就是安裝在管路上增壓的泵。一般所說的管道增壓泵指的是安裝在管路上輸送液體的泵，并不局限于某一種類或形式的泵，比如立式多級離心泵、臥式多級離心泵、立式單級離心泵、臥式單級離心泵、自吸式離心泵等都可以稱為管道增壓泵。但在使用過程要配備電源，然而郊外地區(qū)極少會有電源，所以公司急需一種能夠不通過電源就能實現(xiàn)管道壓力降低的補償設備，項目成員經(jīng)過多次實驗，整理分析數(shù)據(jù)，希望探索并設計一種其他的增壓設備來解決郊外沒有電源，無法使用電力拖動的水泵補償管網(wǎng)壓力的問題，確保整個工程的正常運行。

2 設計思路

要設計出供管道壓力補償設備，就要先計算水管道壓力損失。由水力學得知，管路壓力損失主要包括管道沿程壓力損失與局部壓力損失。流體在管道流動時為克服摩擦阻力而損耗的能量稱為沿程壓力損失。摩擦阻力主要是流體與管壁及流體本身的內部摩擦組成。水泵的管道系統(tǒng)包括管路及其附件，水管道壓力損失計算公式如下：

利用式（4）可以畫出水泵裝置的需要揚程或管路系統(tǒng)特性曲線。通過水泵性能曲線可以看出每臺水泵在一定轉速下，都有自己的性能曲線，性能曲線反映了水泵本身潛在的工作能力，這種潛在的工作能力，在泵站的實際運行中，就表現(xiàn)為在某一特定條件下的實際工作能力。水泵作為管路增壓裝置在特定流量和工作條件下的相關參數(shù)在選用時，需要考慮水泵本身所具有的性能，還需要考慮進、出水位以及管道系統(tǒng)的性能參數(shù)。

依據(jù)以上的思路，并考慮到實際情況，郊外沒有電源，不能直接使用增壓泵，項目成員設計出來一個新的思路，在管路中加裝多個隔膜式氣壓密閉膨脹罐。如圖1所示，設備主要是由充氣閥、氣室、氣囊、水室四個部分組成。

按照上述公式，就要計算出長距離水管輸送過程管道壓力損失，并計算出罐內氮氣的壓力補償值。

3 設備組成

氣囊是采用天然橡膠、合成橡膠與纖維層進行硫化后制成，具有非常好的韌性與伸縮性能，它與管道的進出水口相接，接口處密封，要保證氣囊是一個密閉的型腔，能夠保持水室與氣囊外的氣室完全隔絕，氣囊和鋼罐之間的空間就是氣室，內充氮氣，因為氮氣具有很強的惰性及比熱容大的特點，特別適用。隔膜式氣壓密閉膨脹罐工作原理簡單，因為氣體具有可壓縮性，當管道中流體壓力發(fā)生變化時，氣體體積變化引起的水室體積增大或減少進行吸納或補充作用。

根據(jù)波義耳氣體定律，當水路壓力增高時，水體積增大，這時水室液體壓力大于氣室氣體壓力，部分水會被壓入罐內的氣囊里，直到氣室氣體的壓力與水室水路壓力達到平衡。當水路壓力降低時，水體積變小，這時氣室氣體壓力大于水室水路壓力，部分水會被壓回系統(tǒng)，起到對水路補充水量的作用。隔膜式氣壓密閉膨脹罐外壁設有壓力表，可以檢測充入氮氣量，根據(jù)系統(tǒng)的最低需要壓力及最高運行工作壓力控制工作狀態(tài)。由于隔膜式氣壓補償器的作用，罐體內部在任何工作狀態(tài)下都保持正壓，成功解決了郊外沒有電源，無法使用電力拖動的水泵補償管網(wǎng)壓力的問題，確保整個工程的正常運行。

4 研究應用情況

寧夏銘嘉園林綠化有限公司郊外綠化工程水管輸送距離通常在60～80千米，管道直徑為219毫米，壁厚為8毫米，因長距離輸送，造成泄壓嚴重、噴淋困難，附近又無電源，無法通過增壓泵補償壓力。為解決以上問題，項目成員先進行前期準備工作，分析管網(wǎng)的復雜程度及壓力下降值，探索一條節(jié)能、高效、優(yōu)質的壓力補償工藝方法。然后完成對收集資料的基礎分析，比較，探索出切實可行的技術工藝方案；并制定出實施計劃，并論證制訂的工藝方法的可行性。按照制定的在泄壓嚴重的管網(wǎng)中斷加裝由鋼質外殼，橡膠隔膜內膽構成的儲能器件，也就是隔膜式氣壓密閉膨脹罐，20～30千米可以設置一個，每個罐的規(guī)格是直徑1.2米，高度2米，水室和氣室的初始設計空間比為1：1，氣室氮氣的初始壓力為0.4Mpa。制作的膨脹罐具有以下多個特點：一次充氣可保持長久使用，試驗中可以使用4個月左右；罐體為密閉裝置，氣體與水相互不接觸，保證水質不會受到外界的污染；設備占地面積少、安裝快、投資少、操作維修方便；能自動消除管道中的水錘及噪音；在水管輸送系統(tǒng)中能起增加水壓和自動補水作用。設備在調試組裝中使用了測溫儀、放大鏡、氣錘、手錘、扁鏟、手電、焊鉗、焊帽、焊條（焊前需烘干）、焊接設備、角向光機、內磨機、水壓試驗設備、工具、材料等加工設備。膨脹罐現(xiàn)場安裝試運行，有效的解決了郊外沒有電源，無法使用電力拖動的水泵補償管網(wǎng)壓力的問題，確保整個工程的正常運行，完成最終結果（總體文本）并在該公司推廣應用，效果良好。

5 結束語

（1）郊外沒有電源時，隔膜式氣壓密閉膨脹罐是長距離水路管道輸送非常有效的方法，解決了水泵補償管網(wǎng)壓力的問題。

（2）隔膜式氣壓密閉膨脹罐的使用在制定合理的技術方案后需要操作人員的耐心、細致的施焊和技術團隊的相互配合。

（3）通過整改體現(xiàn)了學校服務地方企業(yè)的精神，為企業(yè)節(jié)省了增加費用，在企業(yè)內得到廣泛推廣，為今后的管道增壓工作提供了有效的經(jīng)驗和技術方法。

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