膠東調(diào)水工程水錘防護(hù)措施

齊成新

（山東省調(diào)水工程運行維護(hù)中心牟平管理站，山東 煙臺 264100）

0 引言

引水工程建設(shè)活動在實際開展時，應(yīng)該重視一些細(xì)節(jié)問題，這是一項需要重點關(guān)注的建設(shè)工程，其基本工作內(nèi)容涵蓋著管道水錘防護(hù)問題。長距離大型輸水工程建設(shè)活動的開展對施工工作人員的要求比較高，在實際運行過程中會遇到爆管等多種問題，這為長距離多起伏輸水管道工程施工活動的開展帶來了很大的安全隱患。在實際運送水資源的過程中，長距離承壓輸水管道很容易因防護(hù)不到位發(fā)生水柱分離現(xiàn)象，進(jìn)而對整個輸水管道造成非常嚴(yán)重的損壞。因此，長距離多起伏輸水管道水錘防護(hù)措施的研究具有非常重要的積極意義。

1 膠東調(diào)水工程項目概述

膠東調(diào)水工程是山東省“百”字形骨干水網(wǎng)的重要組成部分，由引黃濟(jì)青工程和膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程組成，其中膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程是山東省投資的遠(yuǎn)距離、跨流域、跨區(qū)域大型水資源調(diào)配工作。工程自濱州市博興縣打漁張引黃閘引水，途徑濱州、東營、濰坊、青島、煙臺、威海6市16個縣（市、區(qū)），輸水線路總長482 km（其中利用引黃濟(jì)青既有輸水線路172 km，新辟輸水線路310 km），是實現(xiàn)全省水資源優(yōu)化配置、環(huán)節(jié)膠東地區(qū)水資源供需矛盾、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施。

膠東調(diào)水工程管道暗渠段管道總長約120 km，多經(jīng)過山地、丘陵，起伏較大，根據(jù)沿線管道埋深、地質(zhì)等情況，采用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP 管）、螺旋鋼管和玻璃鋼管三種管材；根據(jù)沿線管道壓力不同，管材直徑為2 200、2 000、1 800 mm和1 600 mm四種型號。輸水管道運行時受到威脅或爆管的主要因素是水錘和高壓氣柱，為解決這個問題，暗渠調(diào)水工程沿線根據(jù)高程不同設(shè)高位水池、無壓水池、泄壓閥、調(diào)流調(diào)壓閥和多個閥門井、排氣井。

2 水錘的危害

水錘現(xiàn)象會對整個輸水工程的安全性產(chǎn)生較大的影響，甚至情況嚴(yán)重時會引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，對輸水工程帶來巨大的損失，致使輸水工程的安全性大大降低。而且在水力過渡的過程中，很可能造成水柱的相互分離以及在管道內(nèi)部產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，這樣不僅會對整個輸水管道造成嚴(yán)重的破壞，而且還會對整個輸水工程建設(shè)造成巨大損失。在實際輸水過程中，許多安全性操作的失誤都會導(dǎo)致水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，進(jìn)而對整個供水工程的安全性造成較為嚴(yán)重的破壞。由于中國地形環(huán)境較為特殊，因此這也導(dǎo)致長距離多起伏輸水管道經(jīng)常發(fā)生水錘事故，尤其是在一些海拔位置較高的西北和西南區(qū)域。水錘事故會對整個輸水工程造成嚴(yán)重影響，水錘現(xiàn)象會引發(fā)輸水管道的破裂，進(jìn)而對正常供水造成嚴(yán)重的不良影響，情況嚴(yán)重時水錘事故甚至可能導(dǎo)致整個輸送泵站被淹。除此之外，水錘事故不僅會對整個輸水工程造成不良影響，對人民的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大的危險。水錘結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 水錘結(jié)構(gòu)圖

3 膠東調(diào)水工程中長距離多起伏輸水管道水錘防護(hù)措施

長距離多起伏輸水管道中很容易產(chǎn)生水柱分離現(xiàn)象，水錘的產(chǎn)生對整個輸水管道會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。因此在長距離多起伏輸水管道的實際運行過程中，一定要結(jié)合輸水管道的實際運行狀況，為長距離多起伏輸水管道建立一套科學(xué)且合理的水錘防護(hù)措施，以此來充分保證整個輸水管道的正常運行。

3.1 調(diào)壓塔

調(diào)壓塔主要是通過補(bǔ)水的方式讓長距離多起伏輸水管道在輸水過程中達(dá)到穩(wěn)壓的效果。通常情況下調(diào)壓塔分為單向調(diào)壓塔和雙向調(diào)壓塔兩種模式。其中一種是充水調(diào)壓塔，這種調(diào)壓塔是由水箱、止回閥、注水管以及單向調(diào)壓共同構(gòu)建而成，將這些裝置共同設(shè)置于一個裝滿水的管道容器塔內(nèi)，這樣就能夠有效防止網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的水柱產(chǎn)生分離現(xiàn)象，對減少斷流水錘也能夠發(fā)揮一定的影響作用。單向調(diào)壓塔在實際輸送水資源的過程中輸送方向是屬于單向的，只有調(diào)壓塔內(nèi)部的水才能夠被允許進(jìn)入管道中，但是不允許產(chǎn)生回流現(xiàn)象。在實際運用的過程中這種單向調(diào)壓塔的安裝不僅可以顯著降低水箱的整體高度，而且對水箱整體體積的要求并不嚴(yán)格，這可以有效降低安裝成本。在單向壓力調(diào)節(jié)塔的作用下，當(dāng)長距離多起伏輸水管道處于負(fù)壓狀態(tài)時，可以長時間保持注水的連續(xù)性，防止在長時間輸水過程中因水柱產(chǎn)生破裂現(xiàn)象。在實際運用過程中，一定要密切關(guān)注可能對長距離多起伏輸水管道造成水錘影響的因素，以此來保證單向調(diào)壓塔函數(shù)能夠自始至終保持最小值，以此來促使單向調(diào)壓塔在實際運用過程中最大限度地發(fā)揮其自身應(yīng)有的預(yù)防性作用，能有效增強(qiáng)長距離多起伏管道在實際運用過程中對水擊的防護(hù)。在單向調(diào)壓塔利用的過程中，環(huán)境問題也是一個重點，考慮到北方特殊的氣候，應(yīng)該做好相應(yīng)的防凍細(xì)節(jié)，通過將冷水箱排空，達(dá)到保護(hù)成效，盡可能地減少長距離多起伏輸水管道調(diào)壓保護(hù)設(shè)備受到的威脅，以免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。見圖2。

圖2 單向調(diào)壓塔結(jié)構(gòu)原理圖

3.2 全壓高速排氣閥

全壓高速排氣閥重點是運用至輸送水和其他液體的管道之上，用于排除管道中的氣體，為管道提供有效的保護(hù)，避免受到氣爆破壞，也可適當(dāng)?shù)靥嵘斔男?。全壓高速排氣閥的基本特征是用浮球杠桿機(jī)構(gòu)通過浮力有效控制排氣閥大排口啟閉，達(dá)到理想目的。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，1代表液壓缸；2代表全壓高速排氣閥的活塞桿；3是靶體的排氣蓋板；4是全壓高速排氣閥的排氣口；5代表浮筒；6是殼體。全壓高速排氣閥可以很好地滿足多段水柱、氣柱相間條件下的高速排氣需求。

圖3 全壓高速排氣閥結(jié)構(gòu)圖

3.3 超壓泄壓閥

長距離多起伏輸水管道的水力可以在瞬間發(fā)生變化，這種變化可引起輸水管道中較為顯著的壓力變化。當(dāng)長距離多起伏輸水管道中的壓力過高時，超壓泄放裝置應(yīng)該處于打開狀態(tài)，以這樣的方式來充分發(fā)揮此裝置的效果，有效降低長距離多起伏輸水管道的內(nèi)部壓力。同時使輸水管道恢復(fù)正常輸送狀態(tài)，減壓閥關(guān)閉后長距離多起伏輸水管道內(nèi)部的壓力也會隨之下降，進(jìn)而使減壓閥恢復(fù)到自動關(guān)閉狀態(tài)。超壓泄壓閥結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 超壓泄壓閥結(jié)構(gòu)圖

3.4 其他水錘防護(hù)措施

其他水錘防護(hù)措施在實際運用的時候，也需結(jié)合基本的情況加以分析，確保保護(hù)效果充分體現(xiàn)。在泵系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)時，因水泵壓水側(cè)水壓明顯高于吸水側(cè)的水壓，止回閥關(guān)閉。在事故斷電時，泵會突然停止，水泵站出口位置的壓力急劇降低，吸水側(cè)壓力則會迅速升高。面對這樣的差壓，吸水總管中的瞬態(tài)高壓水會將止回閥板流向壓水總管的瞬態(tài)低壓水，讓此處的低水壓明顯升高。此外，讓水泵吸水側(cè)的水錘及時升壓也會有所降低。由此可見，水泵站兩側(cè)的水錘升壓或者是降壓，均能得到有效地控制，以此可以合理地減少水錘危害。長距離輸水管道在每一段管道位置都會產(chǎn)生一定的壓力，但是這也在一定程度上對長距離多起伏輸水管道產(chǎn)生很好的保護(hù)作用。然而在長距離多起伏輸水管道中增加了幾個止回閥，這也增添了水錘防護(hù)的工作量，致使長距離多起伏供水的成本大大增加。但是在各工作系統(tǒng)的防護(hù)環(huán)節(jié)方面，也有效增強(qiáng)了水泵的功率，最終致使水泵的實際功率能夠保持在正常運行的狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會的快速發(fā)展，人民群眾的生活水平也有了很大提升，人們對水資源的需求量也在逐步增加，這也大大促進(jìn)了水利工程建設(shè)的進(jìn)步和發(fā)展。在開展輸工程建設(shè)活動的過程中，最重要的內(nèi)容便是長距離多起伏輸水管道的水錘防護(hù)工作。在實際工作的過程中，水資源對輸送管道內(nèi)部壓力的作用會受到多種因素的影響，因此在運用實際防護(hù)措施的過程中一定要結(jié)合輸送管道的實際情況，對影響長距離多起伏輸水管道的因素進(jìn)行合理性分析，進(jìn)而建立起一套科學(xué)且合理的防護(hù)措施，以此來充分提升長距離多起伏輸水工程安全性，進(jìn)而保證中國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。