高揚程泵站停泵水錘防護(hù)技術(shù)對策

閆沛鑫

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅 景泰 730400）

輸水工程作為人們生產(chǎn)生活最重要的工程之一，近些年隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展有了迅猛發(fā)展，規(guī)模逐漸增加。但是在實際供水時也顯露了某些安全性方面的問題，例如水錘問題是最為嚴(yán)重的問題之一。特別是對于高揚程泵站來說，受到較高揚程、較大輸水量的影響，一旦因為故障而停泵時就容易造成非常嚴(yán)重的水力過渡問題，對于泵站甚至整個供水系統(tǒng)的安全性都具有非常嚴(yán)重的影響。所以需要加強高揚程泵站水錘問題的分析研究，制定出針對性的防護(hù)技術(shù)對策，從而確保事故停泵水錘的有效防護(hù)。

1 案例工程基本概況

甘肅某市建設(shè)長距離輸水工程總體長度約9000m，供水管道直徑達(dá)到DN350mm，雖然管徑相對較小但是其沿程高程變化較大，管道起始端高程達(dá)到660.53m，尾端高程達(dá)到1005.78m，高程差較大，同時管道承壓較嚴(yán)重。通過分析可知，若是較長輸水管道首尾端起伏比較大時就容易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，所以為了確保此管線運行的安全性、盡量防止產(chǎn)生水錘事故，需要對此輸水管道系統(tǒng)運行以及調(diào)節(jié)中可能產(chǎn)生的水錘問題進(jìn)行分析。

2 高揚程泵站停泵水錘防護(hù)技術(shù)對策分析

2.1 無防護(hù)情況下停泵水錘分析

本文所進(jìn)行的分析主要是對于正常供水（速度為305.7L/s）情況下停泵水錘來進(jìn)行的，為了確保突然斷電情況下能夠?qū)λ脵C組進(jìn)行有效保護(hù)，我們將止回閥安裝在了泵出口的管道處，這樣遇到停電等特殊狀況可以快速起到防護(hù)狀態(tài)。該水泵的停泵水錘在無防護(hù)措施下計算的情況如圖1 所示。

圖1 停泵水錘在無防護(hù)措施情況下計算情況

從上圖中可知，在停泵情況下泵出口的最大水錘升壓超過了2000m，在去除此位置管道高程情況下能夠得到管道的受壓值（5.27MPa），該值已經(jīng)超出了此位置管道可以承載的壓力（4MPa），同時很多位置水錘升壓會超過管道的承載性能，超出水體承拉性能極值就會造成相應(yīng)的蒸汽空腔，這樣就形成了斷流空腔，從而形成斷流空腔最終再彌合成水錘，所以為了維護(hù)整個泵站機組系統(tǒng)的運行穩(wěn)定、安全性，需要對停泵采取相應(yīng)的措施[1]。

2.2 停泵水錘防護(hù)技術(shù)分析

（1）“空氣閥+泵端液控蝶閥”防護(hù)技術(shù)分析

正常供水情況下在泵出口位置設(shè)置液控蝶閥，關(guān)閉閥門的順序為1.5s 關(guān)閉60%、65%、70%，同時采取不同組合方式對水錘防護(hù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，組合方式是按照全關(guān)時間60s、120s、180s、240s 來進(jìn)行的。同時在該工程中我們在輸水管道的2334m、2604m、5968m 等合適位置上，分別設(shè)置進(jìn)氣口徑120mm、出氣口徑6mm 的空氣閥。通過采取此種防護(hù)技術(shù)措施設(shè)定方式，我們后期經(jīng)過實際運行論證能夠得知，停泵水錘防護(hù)管道的負(fù)壓大體消失，但是隨著液控蝶閥關(guān)閉規(guī)律的不同，整個管道的正壓下降情況還是存在一定不同，通過實際測定可知以下幾種關(guān)閥方式能夠有效控制水錘升壓下降到管道能夠承受范圍內(nèi)，分別為：

1.5s 快關(guān)60%全關(guān)180s、1.5s 快關(guān)60%、65%、70%全關(guān)240s。

（2）“空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)技術(shù)分析

通過停泵水錘在“空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)下分析結(jié)果，如圖2 所示，在該系統(tǒng)中我們采取空氣閥并且在多處設(shè)置超壓泄壓閥的防護(hù)方式，并且我們從圖中可以得知，采取此種停泵水錘防護(hù)方式對于水錘正壓作用具有良好的降低效果，但是不可忽視的是，所采用的管道承壓能力相對較低，這樣會造成泵出口位置以及相應(yīng)管道處產(chǎn)生管道破裂現(xiàn)象發(fā)生，產(chǎn)生的原因是因其會受到水錘升壓產(chǎn)生的作用力。通過此種“空氣閥+超壓泄壓閥”的綜合作用，能夠?qū)刂扑N負(fù)壓起到非常好的防護(hù)效果，甚至能夠直接消除掉管道的負(fù)壓。

圖2 停泵水錘在“空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)下分析結(jié)果

總的來說，采取“空氣閥+超壓泄壓閥”的防護(hù)方式可以有效確保此工程在遭遇突發(fā)停泵水錘情況下泵站以及相應(yīng)管道的安全性，雖然此種防護(hù)方案具有某些缺陷，主要是由于管道自身承壓能力有限制約的，總的來說此種防護(hù)方案具有較強可行性[2]。

（3）“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”防護(hù)技術(shù)分析

通過以上分析能夠得知，采取蝶閥時采取1.5s快關(guān)60%及180s 全關(guān)關(guān)閉規(guī)律，對于停泵水錘具有很好的保護(hù)效果，能夠使整個系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定的環(huán)境下。但是此種防護(hù)方式的安全系數(shù)相對較低。相對于采取空氣閥進(jìn)行補氣來說，采取調(diào)壓塔進(jìn)行補水的效果更佳，但是此種防護(hù)方式的總體投入成本相對較高，所以只需在相應(yīng)位置設(shè)置一個單向調(diào)壓塔即可，停泵水錘在“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”防護(hù)下分析結(jié)果如圖3 所示。從該圖中能夠得知，停泵水錘的最佳防護(hù)效果是在采取300mm 管徑的單向調(diào)壓塔進(jìn)行補水時產(chǎn)生的，此種情況下不但可以有效減少水錘升壓，同時運行更為穩(wěn)定。若是采取150mm 管徑的單向調(diào)壓塔進(jìn)行補水，雖然可以有效降低水錘升壓并且能夠有效提升負(fù)壓，但是在管道的末端還是存在一定問題，包括水錘升壓超過管道承壓、安裝調(diào)壓塔周邊管道負(fù)壓顯著等[3]；采取225mm 管徑單向調(diào)壓塔進(jìn)行的防護(hù)效果與采取150mm 管徑單向調(diào)壓塔進(jìn)程的防護(hù)效果大體相同。

圖3 停泵水錘在“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”防護(hù)下分析結(jié)果

總的來說，若是確保調(diào)壓塔具有充足的水量，那么最好采取300mm 補水管徑的單向調(diào)壓塔進(jìn)行防護(hù)。

（4）“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)技術(shù)分析

從上述所進(jìn)行的多種防護(hù)措施分析情況來看，可以在+2571m 位置設(shè)置單向調(diào)壓塔，此種方式所得到的效果和“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”的防護(hù)方案大體相似，停泵水錘在“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)下分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 停泵水錘在“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)下分析結(jié)果

通過分析可知，在管道負(fù)壓提升方面來說，這種停泵水錘的防護(hù)效果在“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”的防護(hù)方式下，和“空氣閥+超壓泄壓閥”的防護(hù)方式下大體相同，但是采用這種“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”相組合的防護(hù)方式在降低水錘正壓方面的效果更佳，能夠有效消除掉4500m 段管道的安全隱患問題，但是在泵出口位置以及9700m 位置的管道還是可能因為水錘正壓問題而造成管道破裂的情況，需要特別給予關(guān)注。

通過上述分析可知，我們采取“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”的防護(hù)方式在停泵水錘防護(hù)效果上，和采取“空氣閥+超壓泄壓閥”的防護(hù)方式具有類似的效果，這兩種防護(hù)方式下水錘升壓在一定程度上對于管道的安全具有影響，但是總體上看此防護(hù)方案效果更佳，具有較強的可行性[4]。

2.3 停泵水錘防護(hù)技術(shù)分析結(jié)論

以無防護(hù)停泵水錘計算結(jié)果作為基礎(chǔ)，通過對高揚程泵站停泵水錘實施不同類型的防護(hù)措施，能夠得到如下幾方面結(jié)論：

（1）針對本工程的具體情況分析，可以得出可采取多種停泵水錘防護(hù)技術(shù)，其中包括：“空氣閥+泵端液控蝶閥防護(hù)”“空氣閥+超壓泄壓閥防護(hù)”“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”防護(hù)“調(diào)壓塔+空氣閥+超壓泄壓閥”防護(hù)等等，經(jīng)過理論與實踐相結(jié)合的方式進(jìn)行論證，可知“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”的防護(hù)方式能夠得到最佳的效果，可以有效降低水錘正壓。

（2）在工程建設(shè)過程中要求管道承壓需達(dá)到正常工作壓力的1.3～1.5 倍，但在實際建設(shè)過程中往往由于控制不嚴(yán)達(dá)而不到標(biāo)準(zhǔn)，如果采取液控蝶閥或者超壓泄壓閥的方式實施停泵水錘防護(hù)，需要在一定程度上延長蝶閥總關(guān)閥的時間，同時也要相應(yīng)的調(diào)低超壓泄壓閥臨界壓力值。

（3）通過對以上不同停泵水錘防護(hù)技術(shù)對比分析可知，若是在管道的最高點設(shè)置單向調(diào)壓塔則能夠大大提升起伏管道其余高點以及整個管道負(fù)壓，同時也可以減小由于停泵對于水錘所產(chǎn)生的升壓影響，起到比較好的防護(hù)效果。

3 結(jié)束語

高揚程泵站若是因為事故而停泵就非常容易形成嚴(yán)重的水力過渡問題，對于泵站甚至整個供水系統(tǒng)的安全性都會有非常嚴(yán)重的影響，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行防護(hù)。本文主要介紹了幾種不同的停泵水錘防護(hù)技術(shù)措施，通過不同措施的對比分析可知采取“調(diào)壓塔+空氣閥+泵端液控蝶閥”的防護(hù)技術(shù)措施可以獲得較好的效果。通過本文的介紹能夠?qū)Ω邠P程泵站停泵水錘防護(hù)提供一定參考和幫助，對于進(jìn)一步推動水利工程發(fā)展具有現(xiàn)實意義。