长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术
长距离压力管道的水锤防护
随着科技的不断发展,测绘仪器的性能也 在不断升级, 特别是全站仪方面更是突飞猛 进,从最初的人工记录到后来的大容量自动存 点, 可编程操作界面, 而现在则实现了超长距 离 1200m 免棱镜测距。下面结合我单位工作 实践中使用的 GPT-3002LN 型全站仪为例谈 几点认识。
1 GPT — 3002LN 全站仪的基本性能 G P T — 3002LN 全站仪是一款全中文数
除了具有以上一些基本功能,该全站仪内 部还自带有一组测量程序:(1)悬高测量;(2)面 积计算;(3)反算测站高程;(4)对边测量;(5)平
面偏心测量; ( 6 ) 点到线段的定位。
2 超长距免棱镜测距技术,提高工作效率, 改善工作条件
G P T — 3002LN 全站仪全面采用了免棱 镜测距技术。这种技术的基本思路是利用被 测物体(包括地面)本身的反射能力(一般是漫 反射),将仪器发射的脉冲激光反射回仪器,通 过精密时钟以及一系列滤波纠正得到被测目 标与仪器中心的距离。( 一般需要跑镜人在需 要测量的物体上放置反射棱镜,通过镜面反射 测距);根据该仪器性能测试,其免棱镜测距可 达 1 2 0 0 m , 这在目前其它仪器上是没有的。 在实际测量中,试测过 830m,相对误差在 1/ 2000 以内。
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨摘要:长距离输水管线中水锤防护具有重要的意义,本文介绍了几种常见水锤防护措施,并以张家口云州水库调水工程为例,着重介绍缓冲排气阀和箱式双向调压塔在工程的作用。
关键词:长距离,水锤防护,缓冲排气阀,双向调压塔Abstract: the long distance delivery pipe line water hammer protection has an important meaning, this paper introduces several common water hammer protection measures, and with zhang cloud state water transfer project reservoir as an example, this paper introduces buffer exhaust valve and box pressure regulating tower in the project of the two-way role.Keywords: long distance, water hammer protection, buffer exhaust valve, the double pressure regulating tower1、引言我国是一个水资源贫乏的国家,人均水资源占有量很低。
有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。
新中国成立以来,随着工农业的发展,科学技术的进步,我国兴建了40多万处泵站工程。
已建和正在修建的许多大型泵站工程,向几十公里甚至更远的地方供水。
在长距离输水工程中,对泵供水系统安全危害较大的是水锤事故,不少工程因水锤而遭受严重破坏。
水锤事故的成因不同,产生危害也不同,有的造成压力管道破坏(即爆管),有的造成泵房被淹,有的设备被打坏,伤及操作人员等,给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践摘要:长距离输水管道工程,因其地势高差起伏较大,扬程较高,易发生水柱分离并造成水锤危害。
因此长距离输水管道工程的设计重点之一就是水锤防护的研究和安全防护。
本文结合工程实例对水锤防护问题进行探讨和分析。
寻找进行优化防护设计及最优方案。
关键词:高位水池;断流弥合水锤;水锤防护;箱式调压塔;恒速缓冲排气阀Abstract: the amount of transporting water pipeline engineering, because of its relief and bigger difference, where the head high, easy to have the separation and the water caused by water hammer hazards. So long water pipe of engineering design is one of the key water hammer protection of research and safety protection. Combining with the project examples of water hammer protection problems are discussed and analyzed. Looking for optimization protection design and the best plan.Keywords: high pools; To flow to bridge the water hammer; Water hammer protection; Box pressure regulating tower; Constant speed buffer discharge valve1、前言随着经济建设的发展,水资源的日益短缺,为了解决生活和工业用水的水源问题,近年来高扬程、大流量、长距离地形复杂的输水管线工程实例日益增多。
浅谈长距离输水工程中水锤的危害与防护
一
、
长 距 离 输 水 工 程 水 锤 的
井 ( 向 或 单 向 )水 锤 消 除 器 、 控 蝶 阀 、 双 , 液 缓闭止回阀、 旁通 管 泄 压 等 形 式 。另 一 方
危 害
面 长 距 离 输 水 管 道 较 长 , 管路 系统 检 修 因 在长 距 离 输 水 工程 中 , 柱 弥 合 水锤 需 要 停 水 , 水 当再 次启 动 水 泵 时 引 起水 锤 造
别 是 防止 水柱 弥 合 水 锤 过压 产 生 的 危 害 ,
在 输 水 管 道 中适 当 设 置 安 全 泄 压 阀 的效 果较 好 。 全 泄 压 阀用 于 给 排 水 、 筑 、 安 建 石
油 、 工 、 气 、 品等领域 的管路 中 , 化 煤 食 可 对压力快速反应和快速释放 , 防止 压 力 急 剧增高而损坏管线及设备。
选 择 合 适 的位 置( 般 在 驼 峰 处 ) 置一 定 一 布
安 全 泄 压 阀 能准 确 且 保 持 不 变 地 安
数量 的排 气 阀 。 在 管 线 的水 平 段 , 气 的 排
问题 更 突 出 , 因此 在 设 计 时 一 般 人 为地 把 管 线 布 置 成 一 个 高 点 , 置 排 气 阀 , 且 设 而
压 力值 时 , 泄压 倒 阀 隔膜 下 行 使 其 阀杆 随
着 阀板 垂 直 下 降 ,泄 压 倒 阀逐 渐 关 闭 , 主 阀 膜 片上 腔 压 力逐 渐 升 高 ,主 阀 逐 渐 关
小 , 至关 闭( 图 1 。 直 如 )
达 到 工 作 压 力 的 2 4倍 , 因 此 其 对 输 水 锤 问题 , 现 在 沿 线 的 高 点 位 置— — 番 禺 — 发 安 全 性 的 危害 很 大 。
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计摘要:长距离输水工程管线长,管道起伏大,输水安全性要求高,而水锤是影响长距离压力输水工程运行的一个重要因素,根据调查统计,在城市给水阀门和工业企业的给水泵站中,绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。
本文本工程在对压力系统水锤分析时只对停泵水锤进行分析并提出防护设计措施。
关键词:长距离压力输水管道;停泵水锤;防护设计1、工程概况本长距离输水工程,设计流量:20万m3/d(考虑5%的沿程漏损和水厂自用水后为21万m3/d),从取水泵房至水厂主要采用焊接钢管,双管并联,单线长6.2km,管径为DN1200,壁厚10mm;取水泵房设计地面38.5m,泵进口约37.15米,原水引水管余压约2.5-5m。
水厂设计地面标高97.5m,配水井水位标高101.3m,原水进水余压1.0m。
2、模型建立2.1应用软件简介。
本工程水锤分析软件采用奔特力-海思德软件公司的HAMMER软件,该软件将水锤效应(waterhammer)的复杂原理结合成为简单易用的工程工具,建模以节点和管段的稳态计算结果为基础,协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。
2.2建模数据。
水泵参数:4台水泵并联工作,3用1备。
其中PMP-1及PMP-2水泵Q=2188m3/h、H=63m,电机功率560kW。
PMP-3及PMP-4水泵Q=4375m3/h、H=63m,电机功率1000kW。
PMP-4为备用泵。
根据取水泵房内远期水泵配置和原水压力管道平面方案布置图及简化的纵断面图,建立水锤计算模型。
示意如下:由上图可知,管线稳态运行时泵后压力最大为70m,管道沿线各节点压力在70m水头范围内,而设计中要求原水输水管的安全可靠性较高,设计泵站后管道采用D1220X10钢管,管线在远期21万m3/d设计流量时可以保证在流量恒定的前提下安全运行,危及管线系统安全的潜在因素是由于事故停泵而引起的停泵水锤,这也是本设计关注的重点。
长距离供水如何控制水锤危害
长距离供水如何控制水锤危害摘要:水锤效应是长距离供水管道中常见的一种物理现象,对供水管道的安全稳定运行有着明显的负面影响,严重还会对供水管道造成破坏。
为了控制长距离供水时的水锤危害,保证长距离供水管道正常运行,相关人员应根据水锤效应,提出具体防护措施。
关键词:长距离供水;控制;水锤危害为了缓解我国的供水矛盾,政府及相关部门非常重视供水工程的设计,其中南水北调就是非常具有代表性的供水工程。
管道供水工作具有成本低、环境要求低、操作便捷、管理方便等特点,在供水工程中得到了广泛的使用。
但在长距离供水过程中,管道内部会产生水击造成流速变化,也就是所谓的水锤效应。
水锤的产生会对供水工作造成负面影响,甚至是导致管子的破裂、阀门及元件的损坏,因此在疏水过程中应加强对水锤危害的控制。
1 水锤发生的成因及表现形式1.1 水锤发生的原因水锤现象出现的原因主要有两点:第一,在供水工程中调节流量,需要完成起泵、停泵、启闭阀门或改变水泵转速等操作,而这些操作势必会造成水流速度的剧烈变化,容易出现水锤情况;第二,长距离供水工程中难免会出现突发事故,导致水泵动力中断而造成停泵,一般来说,这种事故多发生在配电系统故障、人员操作失误及雷击等情况下[1]。
1.2 水锤危害的主要表现形式第一,当水锤压力过高或过低时,水流流速的变化会对供水管道造成一定的冲击,当压力过高时就会引发水泵阀门和管道的破坏,而当水锤压力过低时,则会破坏管道的稳定性,使管道受到破坏;第二,在长距离供水过程中,受到客观因素影响,导致水泵反转速过高突然停止或者在反转过程中再次启动电动机时,水流的冲击会使电动机转子永久变形,水泵机组中的部件也会出现相应的损坏。
第三,当水泵中出现倒流情况时,流速超过一定标准后,会使管网内的压力降低,水量减小,从而影响正常供水效果[2]。
2 长距离供水中控制水锤危害的必要性在长距离供水过程中,管道的设计与维护直接影响到供水工作能否顺利开展。
长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术
4.3.1 min。
在水泵启动时能够先慢后快地自行开启,事故停泵时又能自 动快速地关至某一设定角度,余下的角度则以相当慢的速度 关闭。无论在正常启闭水泵过程,或在突然断电后的水力过 渡过程中,既能消除水锤危害,又不出现大量的水倒流使机 泵长时间反转。 (3)空气罐。空气罐是内部充有一定压缩气体的金属 罐。新型空气罐内设有橡胶囊,囊内装气体,气体与水隔离。 空气罐一般安装在泵站出口管路上,在管道发生水锤管路压 力升高时,气囊内气体继续被压缩,起到气垫缓冲作用;当管 道内出现压力骤降时,甚至发生水柱分离,囊内压缩空气快 速膨胀向管路注水,有效消除水锤危害。 (4)水锤泄放阀、水锤预防阀。水锤泄放阀是水力式自 动控制阀,当管道水锤压力超过预先设定值时,它将迅速开 启泄压,当管道压力降到低于设定值后,它又以可调速度缓 慢关闭,不会产生二次水锤危害。水锤泄放阀设置在管路易 发生水锤的位置。 水锤预防阀是用现代电子技术和压力传感器代替了水 力式低压导阀,它感应第一个水锤低压波,在高压波来临之 前阀门即开启,提前预防高压波对管道和设备的破坏。水锤 预防阀比水锤泄放阀具有更高的防护等级和更灵活控制方 式,适用于对水锤防护要求非常严格的工程。 (5)空气阀。低压进排气阀、高压微量排气阀、真空破 坏阀是空气阀的三种基本形式,对其改造和组合可形成更多 的种类。消减长输管道断流弥合水锤危害可采用三级排气 防水锤空气阀和进气微排空气阀。 三级排气防水锤空气阀是对低压进排气部分的改进,在 低压排气阀内增设限流盘,将低压排气过程分成低压差时全 速排气,较高压差对限流盘起动后减少了排气面积,限制排 气速度,也就消减水柱弥合冲击量。进气微排空气阀是利用 真空破坏阀自动吸气原理,管道出现负压时可自动高速吸气 破坏真空,水柱弥合时大孔口自动关闭,限制高速排气,也就 降低了水柱断流弥合撞击,消减水锤压力,残留管道内少量 空气通过旁通管上微量排气孔排出。 消减管道水锤的防护设备很多,尚有安全泄压多功能 阀、水锤消除器、缓闭止回阀等等。 水锤危害很大,是引发长输管道事故的最重要因素,应 认真分析研究长输管道系统水力过渡过程,采取经济可靠的 防护技术,复杂重要的工程应采取多级综合防护措施,以保 证管道安全运行。 5管道系统功能性试验 《城镇给水排水技术规范》(GB 50788—2012)强制规定 “压力管道竣工验收前应进行水压试验。生活饮用水管道运 行前应冲洗、消毒。” (下转第22页)
大管径输水管路的水锤灾害形成原因和防治分析
摘要:分析长距离大管径管道输水中水锤产生的原因及其危害,提出预防水锤产生的措施,为保障输水管道正常运行,减少经济损失。
关键词:大管径输水;水锤灾害;原因;防治措施1.沧州引大入港输水工程概况沧州引大入港输水工程是从沧州大浪淀水库引水,经多级泵站加压,向大港油田采油三厂、黄骅市、渤海新区供水的管道给水工程,管道全长170千米。
2.水锤的危害及产生原因管道系统防护的重要内容之一就是防止水锤的出现。
在长距离输水管道中,由于某些外界原因流速变化经常出现。
管道中流速变化使管道中水的压力升高或降低,在压力低于水的汽化压力时,水柱就被拉断,出现断流空腔。
在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击,管道中的水升压,形成水锤。
水锤有启动水锤、关闭水锤、停泵水锤。
一般启动水锤不大,只是真空情况下,管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化;关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力;突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大,水锤压力值可达到工作压力的1.5~3.0倍。
2.1 水锤产生的原因水锤产生主要有以下几个原因:阀门突然开启或关闭;水泵机组突然停车或开启;单管向高处输水(供水地形高差超过20 m);水泵总扬程(或工作压力)大;输水管道中水流速度过大;输水管道过长,且地形变化大。
2.2 水锤的危害水锤引起压强升高,可达管道正常工作压强的几倍,甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动,造成的危害有:引起管道强烈振动,管道接头断开,破坏阀门,严重的造成管道爆管,供水管网压力降低,不能正常供水;引起水泵反转,破坏泵房内设备或管道,严重的造成泵房淹没;造成人身伤亡等重大事故,影响生产和生活。
3.水锤的预防措施一般采取技术工程措施加以防护,在水泵出口处设置水锤消除器、缓闭止回阀、安全阀、超压泄压阀等形式以防止水锤危害。
3.1 开(关)阀水锤开关水锤有直接水锤和间接水锤,延长开阀和关阀的时间,可避免产生直接水锤;离心泵、混流泵应在阀门关至15%~30%时而不是全关时停泵,这样可以降低水泵出口压力,防止水泵振动及延长阀门使用寿命。
市政长距离给水管道水锤防护措施探讨
市政长距离给水管道水锤防护措施探讨摘要:在有压力管路中,由于某种外界原因(如阀门突然关闭、水泵机组突然停车)使水的流速突然发生变化,从而引起水击,这种水力现象称为水击或水锤。
因开泵、停泵、开关闸阀过于快速,使水的速度发生急剧变化,特别是突然停泵引起水锤,可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转,管网压力降低等,所以,预防水锤发生极为重要。
关键词:市政;长距离;水锤防护;分析1导言水锤效应有极大的破坏性:由于水锤的产生,使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍,其危害很大,会引起管道的破裂,影响生产和生活。
压强过高,将引起管子的破裂,反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。
2.停泵水锤的概念及其产生的原因在供水管道中, 由于流速在给水管道中的变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象, 称为水锤( 又叫水击) 。
离心泵本身供水均匀, 正常运行时在水泵的管路中不会产生水锤危害。
一般的操作规定是: 在停泵前需将出水阀门关闭,因而正常停泵不会引起水锤。
水锤是指水泵机组因突然停电或其它原因, 造成开阀停车时, 在水泵及管路中水流速度发生递变而引起压力递变的现象。
发生突然停泵的原因有:( 1) 由于电力系统或电气设备突然发生故障, 人为的错误操作等致使电力供应突然中断。
( 2) 雨天雷电引起突然断电。
( 3) 水泵机组突然发生机械故障。
如联轴器断开、水泵密封环被卡住, 致使用使水泵转动困难而使电机过载, 由于保护装置的作用而将电机断开。
( 4) 由于维护管理不善, 也可能导致机组突然断电。
给水管道中的水流在断电后的最初瞬间, 主要靠惯性以逐渐减慢的速度继续向水流方向流动, 然后流速降至零。
管道中的水在重力水头的作用下, 又开始向水泵方向倒流, 速度由零逐渐增大, 由于管道中流速的变化而引起水锤。
3.复合波水锤的危害及其形成过程在日常的供水生产中, 正常运行工况条件下所产生的水锤不会产生很大危害,但当突然停泵。
长距离重力输水管道关阀水锤防护措施总结
2019年第6期2.2.1准备工作过热器、蒸发器、省煤器安装前,要在预制场内搭设钢平台,逐片对吊挂管、一、二次过热器、光管蒸发器、鳍片蒸发器、省煤器在平台上进行校验、通球、水压试验。
通球试验采用钢球、钢球直径要满足规范要求。
通球、试压完毕后及时吹干并用管帽及时封闭管口。
2.2.2吊挂管安装先将吊挂管支撑梁按图纸要求就位,并固定牢固,按图纸设计要求在支撑梁上划线,将吊顶管按划线位置逐根就位、焊接。
2.2.3过热器的安装由于管排整体强度较低,为了便于安装,防止管排在吊装过程中二次变形。
在吊装时采用专用卡具固定,防止安装时造成受力弯曲。
吊装时,采用5t 卷扬机与25吨汽车吊配合安装,吊车将过热器片吊装至锅炉东侧后,5t 卷扬机从炉内将过热器片上部吊装就位。
由于管排有管接头,需要穿出后墙水冷壁,根据现场条件,过热器吊装至安装高度后,用麻绳或铁丝绑扎管口,将管口牵引至后墙水冷壁预留口处,管排就位后,要立即对口焊接,依次逐片安装。
2.2.4蒸发器安装蒸发器分光管蒸发器、鳍片蒸发器两种,吊装时采用与过热器相似的吊装方法。
由于过热器安装就位后,拆除过热器吊装用临时滑轮组吊装梁,将临时吊装梁焊接与光管蒸发器顶部,离过热器底部间距大于300mm ,焊接完毕后,将光管蒸发器依次吊装就位,并及时焊接。
2.2.5省煤器安装在进行省煤器安装前,必须将锅炉前墙水冷壁吊装就位。
就位后,安装省煤器吊挂横梁,安装时要复测标高,确保安装精度。
将省煤器按上述方法依次、逐片吊装就位。
就位后,及时将吊耳销轴安装就位,并按图纸要求固定。
2.3.6集箱安装由于锅炉系统处于全吊挂状态,为了保证集箱在对口时不发生位移,在集箱找正就位后,用型钢做临时固定框,将集箱固定在钢柱上固定框要生根于框架上。
2.4水压试验水压试验要根据《电力建设施工技术规范》规定进行,试压方案要经过审批,升压速率必须符合规范要求,试验用水须采用合格的除盐水,水质、水温应符合设备技术文件规定,《电力基本建设热力设备化学监督导则》、《电站锅炉压力容器检验规程》、《电力工业锅炉压力容器监察规程》有关规定执行。
长距离输水管道水锤防护措施探讨
长距离输水管道水锤防护措施探讨近年来,越来越多的长距离翻山越岭的输水工程,这些扬程高、距离长、管线多起伏的输水管线,最常见而突出的问题就是输水管线的水锤防护问题。
对此长距离输水管道中阀门启闭时发生的水锤效应采取相应的防护措施,以减少水锤带来的进一步危害,保证供水系统的运行安全。
标签:水锤泄放阀;数值模拟;水锤防护引言长距离有压输水管道易发生水柱分离水锤危害,尤以高扬程多起伏管道水锤防护难度最大,发生水锤的可能性最大。
根据长距离高扬程多起伏输水管道系统的特性和多年的经验,提出此种管道水锤防护的重点是消除断流弥合水锤,并结合供水工程实例进行水锤防护优化提出有效的水锤防护措施。
1、工程概况共和县恰卜恰城镇供水(一期)工程位于青省海南州共和县境内,本工程为远距离输水工程,水源地在切吉乡东南向的切吉滩上,供水规模为2.09万m3/d,管道流量241.68l/s,采用单管输水,输水管线总长87.31km。
水源为地下水,采用机井泵站取水。
引水口地面高程为3266m,输水干管末端地面高程为2950m,两地地形差340m,自引水口至管线末端水头差为340m,输水干管在运行过程中累计的水头势能足以补偿水体在管线内流动而产生的水头损失(因管线前50公里地形成倒虹形式),管道在运行中呈高压运行。
2、长距离输水管道水锤常见的防护措施进行长距离输水时,管道中的开启阀门与关闭阀门、启水泵和停水泵又或者是管道内排出气体时不流畅都很容易发生水锤事故。
特别是在系统停泵的过程中,其管道中的压力下降迅速,管道中的重要位置很容易被破坏,水柱弥合过程中的碰撞也会产生很大的压力,致使管道内压力升高,从而造成事故的发生。
在进行水锤防护时,对其采用的防护措施有以下几点:(1)进行启阀和闭阀水锤的防护措施,可以使启阀门和闭阀门的操作时间尽可能的延长。
以蝶阀为例,在控制总流量时,要在蝶阀关闭之后的25秒以内,分为两个阶段进行关闭,在快关60秒后,进行慢关25秒,利用水锤模拟可得出关闭的最佳时间。
长距离重力输水管路水锤特性及其防护措施
长距离重力输水管路水锤特性及其防护措施摘要:由于中国国土面积大,水资源的空间分布不均,对区域经济的发展具有很大的制约作用。
自流长距离输水管道具有无需增加动力设备、沿程耗水少、环境污染小等优势,已被广泛用于跨区域、跨流域调水,并在一定程度上缓解了区域内水资源分配不均衡问题。
但是,由于重力流长距离输水管道的布设受到地形、施工等因素的影响,不能达到最优布局,从而增大了其运营风险。
各种类型的水击灾害是长距离重力流输水工程所面临的一大难题,其中,输水管线、各种元件的损坏、管道周围的水击等都与水锤现象密切相关,亟需开展长距离重力流输水工程中可能出现的水锤现象的诊断与防治。
在这种情况下,研究了长距离重力流输水管道的水锤计算和保护方法。
关键词:长距离重力流;输水管线;关阀水锤;组合关阀;水锤防护引言在水力平衡计算中,电算方法已被广泛地用于水力平衡计算中。
计算机求解水击的基础同样是微分方程,利用特征线方法,把基本方程转换成方便计算机操作的有限差分方程,利用计算机进行求解,可以提高计算精度,提高计算效率。
1概述本项目拟在某县某镇,某镇,某镇三个乡镇,某县集镇自来水厂升级改造工程-太沙东片区(一期)。
本项目的主要建设内容是:本项目水厂的设计供水能力为5.0万m3/天,本项目是一期,设计供水能力为2.0万m3/天。
项目建设内容包括:取水泵房,净水厂,增压泵站和管网,取水泵房,净水厂内的取水和净化设施及其相关的辅助设施。
管网敷设从取水泵站出水口到新水厂供水干管1250米,敷设并安装净水厂到3个集镇供水干管。
新的供水管网总长度为59.27公里。
本项目针对长距离重力流输水管道,在长距离重力流输水管道中,各种水击现象是其重要的科学问题,其关键在于对其形成机制的认识。
目前,国际上对其细观机理的研究主要是基于三维数值仿真与物理模型实验,基于几何相似原理构建小尺寸模型,并结合 CFD (CFD)技术,开展直管路无空化-空化耦合作用下的水力转捩过程的计算与分析。
水锤防护措施的设置
国外工程中的考虑
紧急情况 紧急情况是指断电时,某一压力控制装置又失灵的情况。其工况包括:
1. 涌波抑制器、调压室或调压阀中某一装置或建筑物失灵的工况; 2. 延长了为截断反向水流通过水泵而设置的止回阀的关闭时间,出现了最大反向水流 的工况。 3. 系统中的进排气阀不起作用。
工况发生概率非常小,根据极限抗裂强度或抗拉强度,建议安全系数取为2。 破坏情况 破坏工况是在最不利情况下,如像空气室中全部空气消失;阀门或闸门不正常地急速 关闭或开启;泵轴折断等保护设备失灵的工况。在破坏工况中,任何一种发生的可能 性都非常小,可根据极限抗裂强度或抗拉强度采用稍大于1的安全系数。
2 4 2 2 2 ( C2 C3 2C1 ) C2 C3 4C1C2 C3 4C2 C3 H0 H 2
26
C1 - D H Q= C2
水锤防护措施探讨
单向塔设置的理论方法:
以水锤波传播理论为基础,以事故停泵过程中的压力下降值为依据, 以调水系统不出现负压为控制标准。
HA
HB
I 1, N
hI
28
水锤防护措施探讨
无调压措施计算分析 泵后瞬时水锤降压 理 论 设 塔 分 析 确定首座单向塔位置和高度 通过首座单向塔的 瞬时水锤降压 依次类推 确定第n座单向塔位置和高度 单向塔面积与系统关阀方案选择 数值计算 满足方案目标?
单向塔设置的分析框图
三步走: 无调压措施分析 理论设塔方案分析 数值模拟复核优化
2 v0 Lf [Va ] 12 gH 0
[VT ] [Va ](1 1 )
VT k[VT ]
Va k[Va ]
35
2 v0 Lf gVa2 2 H 0 2 m( H 0 pa ) [l0 ] m( H 0 pa ) 2 2 g1 Va v0 Lf
长距离输水管道防水锤的探讨
长距离输水管道防水锤的探讨【摘要】随着城市建设的快速发展和人民生活水平的日益提高,长距离大型输水工程越来越多,随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。
长距离重力流输水管道系统的防爆技术研究作为输水管道安全运行的重要课题之一,很有必要进行深入研究。
本文介绍了目前重力流输水管道系统中防水锤的常用方法,并对各类防护方法进行全面的技术分析和总结。
【关键词】长距离;输水管道;防水锤一、水锤的涵义与产生机理水锤也称水击,或称流体(水力)瞬变(暂态)过程,它是流体的一种非恒定(非稳定)流动,即液体运动中所有空间点处的一切运动要素,包括流速、加速度、动水压强、切应力与密度等不仅随空间位置变化,而且随时间而变。
压力管路中,如果末端阀门关闭较快(即管路中流速变化较剧烈),由于管中水流的惯性,开始在整个管路中就形成了一个阀口一水池传播的减速增压运动,水体压缩,密度增大,一直传到水管进口,水流呈瞬时静止状态,此阶段称增压波(直接波)逆传过程;接着压力和密度大的阀门处水流有反向压力池的趋向,这样形成一个与原流速方向相反的流速,从而压力、密度慢慢恢复正常,在管路中就形成了一个压水池一阀门传播的减速减压运动,此阶段称为降压波(反射波)顺传过程;管中的流速瞬时恢复正常,接着从阀门向水池产生一个反方向的流速,水体膨胀,密度减小,管路中形成一个阀门~水池的增速降压运动,称此过程为降压波逆传过程;管路瞬时膨胀静止后,又开始恢复原始状态,因而又产生一个水池向阀门的流速,密度恢复正常,称此过程为增压波顺传过程。
此后的水锤现象又将重复进行上述的四个传播过程。
如果不计水力阻力,这种传播过程将周而复始地进行下去,这就是突然瞬时关阀后所发生的水锤波的基本传播方式。
一般的水锤现象都将运用这个原理进行水力过渡分析。
水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关,由于阀门关闭/开启时间T与水锤波相长听2L/a的差异,表现为直接水锤和间接水锤2种形式。
浅谈长距离供水管道防止水锤效应的理论依据和技术措施
浅谈长距离供水管道防止水锤效应的理论依据和技术措施摘要:水锤效应是长距离供水管道中常见的一种物理现象,对供水管道的安全稳定运行十分有害,造成供水管道的破坏性极大,根据防止水锤效应的模型试验和具体的案例提出了防护措施,以确保长距离供水管道正常运行。
关键词:防止;长距离供水管道;水锤效应;措施我国的水资源分布极不均匀,就近取水己不能满足工业企业迅速发展的需要,为了确保供水,长距离供水管道也越来越多,而长距离供水其间的地形起伏较大,供水管道高差突变的情况很常见,系统突然停泵或阀门快开、快关等某种原因,供水管道内的压力发生剧烈波动,从而造成供水管道爆裂或凹瘪破坏,将严重影响供水系统的正常运行和人民的生命财产安全。
1. 水锤产生的条件和危害供水系统突然启、停泵或阀门快开、快关,单管道向20米以上的高处供水,补给水泵的扬程或工作压力过高,供水管道过长和供水管道中的水流速度过大,地形起伏变化大造成供水管道高差突变等因素都容易产生水锤效应。
供水管道内的压力大幅度波动,瞬间可能达到正常工作压力的几倍甚至几十倍,压力大幅度波动时引起供水管道剧烈振动;或供水管道压力降低,供水管道内水倒流造成水泵反转直至水淹泵房、泵房内的设备遭到破坏、供水管道接口处断裂或爆管,破坏性极大。
2. 水锤效应的模型试验2.1 优化设计的理论依据建立数学模型对防止长距离供水管的水锤效应进行优化设计提供了理论依据,以有压供水管道的运行时间和供水管道长度为自变量、压力和流量为因变量,建立的运动方程和连续方程是一对双曲线偏微分方程,加之计算机的出现和计算数学的迅速发展,将上述非线性双曲线偏微分方程沿其特征线变换成四个常微分方程,然后在变换成差分方程并配以各种边界条件可以联合求解。
基于以色列伯尔梅特公司在产生水锤效应分析方面的实践经验与成熟的数学模型并结合纳雍电厂二厂供水系统建立的数学模型和计算方法进行水锤分析。
目前无法求得闭合解,而施耐德提出的图解法计算方便,概念清晰,2.2 计算水锤效应的原始资料和数据纳雍电厂二厂供水系统的水锤分析按照6×300MW机组所需补给水量进行计算,升压泵房至二厂清水池之间的给水管道长为8225m,其间的地形起伏较大(补给水管线沿线纵断面布置详见图1),距升压泵出口7615m处为供水管道的制高点,高差为189m,之后至厂区清水池的供水管道长度为610m,连续下降的高差为43.5m。
长距离大管径输水管道水锤防护技术
长距离大管径输水管道水锤防护技术就现阶段来讲,水锤现象属于长距离大管径输水管道工程中较为常见的故障问题,一直以来都没有受到工程单位的重视。
为了保证供水系统的正常运行,必须对长距离大管径输水管道的水锤防护技术加以重视。
文中在对水锤防护技术的作用和危害进行分析之后,探讨输水管道气水两相流压力的特点,并试着提出水锤防护的优化措施。
标签:长距离;输水管道;大管径;水锤防护技术1、水锤防护技术的作用在对长距离大管径输水管道的水锤防护技术进行设计时需要经过繁琐的计算过程方可确定最佳的设计方案,也是因为水锤计算涉及的数据较多,计算困难较大,使水锤防护不利问题成为长距离大管径输水管道中较为常见的问题之一,对工程质量和使用性能的影响也是极大的。
在泵站建设系统中将水锤防护不利的问题作为泵站建设的首要问题来看待,可见,水锤防护不利对工程造成的重要影响。
2、水锤防护不佳的危害因水锤防护技术不佳所引发的事故类型有很多,且极具危害性,例如,水管破裂事故的发生会对周边区域的供水系统造成严重影响,如果不能采用有效的措施进行及时处理,将会导致大规模区域的用水情况受到影响,为居民的生活带来不便;水锤防护技术不佳造成的止回阀上顶盖和壳体出现破损现象,此类问题如果没有特定的检修维护机制很难及时发现,会形成大量的水资源浪费,对我国的资源利用率带来一定影响,较为严重的情况还会使水泵站面临被淹没的风险。
3、长距离大管径平坦地区输水管道的气水两相流压力特点针对平坦区域的长距离大管径输水管道而言,从管道的充水阶段到运行阶段水流可以呈现出六种流态,分别是层状、波状、气团状、泡沫状、段塞状和环状。
其中的层状和波状仅在管道充水阶段有所展示,而泡沫状、气团状和环状均属于过度流态,存在的时间相对较短,为此,段塞形态属于平坦区域管道水流的常态。
除此之外,段塞流态中还存在大气囊形态的特例现象,但在实际运行中这种形态并不常见,管道内的水流还是以段塞流态为主。
这就代表管道内的气体存在形式是以独立气囊的状态为主,这样才能形成段塞流态的水流。
长距离输水管道工程设计中的水锤分析及应对策略
管 道流 速越低 对 于防止 水锤发 生越 有利 。管道流
速越低 ,水流惯性越小,速度 的微分变化率就越低 , 从而降低水锤 升压和降压。流量相 同时,管径越大, 流速越低 , 但投资费用越高。 在短距离输水管道系统 中, 可 以选用较 大 的管径来 获得 较低 的流速 以达到 控制 瞬
生不利 的真空 ,造成水 柱断流 ,和再次 结合形 成 的弥 合水锤 ,对管道破 坏更为严 重 。 ( 2) 水 泵及 阀 门的启 闭 、运 行工况 改变及其 事故 紧急停 机等动态 过渡过 程造成 的输水管 道 内压 力急剧
关 阀水锤 是关 闭阀 门过程 中发生 的水锤 现象 。通 常 ,按 照正 常 的关 阀程序操作 ,不会 引起很 大 的水锤 压力 变化 。但 是 ,如 果发生违 反操作 程序或 管道 突然 被异 物堵塞等 意外事 故 ,管道 中就会 出现不 同程度 的管道整个截面,这一现象称为液体 分 离 或水 柱分 离 。 当管 路 中水柱 分 离 出现再 弥 合 时 , 水 锤升压 非常大 ,会构成 管路强 度方 面的威胁 ,危害 相 当严重 。 ( 5 )按水 锤发 生所在 的输水 道 ,分 为封 闭管道 中
水锤是指在压力管道 中由于液体流速的急剧变化
( 由于 水泵骤停 、阀门突然关 闭等原 因 ) ,造成 管 中的 液体压 力显著 、反复 、迅速地 变化 ,由于液体 的压缩
性和管道的弹性引起的输水系统中的压力波动。 1 . 2水锤 的分类
1 . 2 . 1 水锤 的分类
从不 同的角度划 分 。水 锤可分为 以下几种 :
・
输配水技术 与设备 ・
叠 曩 叠
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— 蕾 ■ =暮
C I T YA N D T O WN WA T E R SU PP LY ●
长距离输水工程水锤危害及防护措施
以 lm s k / 左右 的速度传 至全 管。这种 水锤应在设
计 和运行 中加 以分 析 和考 虑 ,力 求避 免 。
A = 口×AV g H / () 3
作者简介 :赵 向军 (9 5 一 ,男 ,河南人 ,工程师 。 17 年 )
28 ・
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人员 , 甚至造成人身死亡事故。如 18 9 3年 ,北京 某 水厂 因 维 修 上 的疏 忽 ,泵 出 口处 止 回 阀 阀 轴 磨 断 ,脱落 的阀瓣 冲到 阀体收缩 出 口处 ,突然 堵截 了
出 口,在 该处 产生 巨大 水锤 ,鼓 破 阀顶 盖 ,水柱 连 同炸 成碎 片 的盖 子 冲 向 2 0多米 高 的厂 房 屋 顶 ,半
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长距 离输 水工 程水 锤危 害及 防护 措施
20 08年 第 3期
长距离 输水工 程 水锤危 害 及防 护措施
赵 向 军
( 陕西省 宝鸡 峡灌 溉管理 局 ,咸 阳市
【 摘
720 ) 1 0 0
要 】 本文介绍 了水锤 的成 因及危 害 , 分析 了水锤产 生的机理 ,并用实例说明 了水锤防护措施在 工程 中的
从 而 ,使该处 压力 产生 一个 突 然 的跃 升 或下 跌 ,这 种一 系列急剧 的压 力交 替升 降 的水 力 冲击现 象 称为 水锤 。在长距 离 输 水 管 道 输 水 时 ,水 锤 经 常发 生 , 若不加 以防治 ,很 可能会造成 十分严重 的破 坏 。 输水过程 中能 引起 流速 变化 而导 致水 锤 的 因素 很多 ,如 :阀 门的正 常 ( 或事 故 ) 启 闭和 调节 、阀
3 1 设 计 阶段 .
对 于 间接水 锤 ,管路 中产生 的最 大压 力 总是小 于直接 水 锤 。通 过 多 年运 行 与实 践 ,我们 认 识 到 : 当阀 门关 闭无 限缓 慢 时 ,水锤 压 力 可无 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的减 少 ; 在 阀 门关 闭的初 始 阶段 ,可 以较快 的关 闭 ,不 会产 生较大 的水 锤压 力 ;适 当的关 阀程 序 ,可 以在 所需 的时 间 内关 闭 阀门 ,且能 使水 锤压 力 降到 最小 。
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护措施,其做法见表2。 3.2.3管道受到杂散电流干扰时,应研究安全保护措施 埋设PCCP附近有电气化铁路、高压输电线路、电解工 厂等时应考虑外来直流电流引起的电化学腐蚀。PCCP外 层采用了保护层的管段,保护层增加管道绝缘电阻,可有力 抵制外部流失的电流流入管道产生电化学腐蚀,如果安装电 流连接装置仍能监测到杂散电流时,应采取阴极保护措施。 POCP的阴极保护机理与钢管不同,若阴极保护不当, 会使管道的预应力钢丝发生氢脆性破坏,加速PCcP的腐蚀 破坏,起到适得其反的负作用。 美国《预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》(NAcER P_一 0100一2004)标准和AWwA《混凝土压力管手册》M9规定 下述两项准则有效且安全,已普遍被国内外采用。 (1)阴极极化值至少100 mV准则:P(、CP中被保护的 预应力钢丝应至少阴极极化100
水溶性硫酸盐含量 >5 000mg/L环境下
二氧 化碳 强酸 条件
水和土壤中侵蚀性 C02含量高时 环境为粘性土,pH<4时
管道外层砂浆采用隔离层保护 环境为砂性土,pH<5时
SI/AwWA C304与CECs:2011两种规范,管道结构计算成
果经过第三方有设计资质单位验算,证明了上述结论的可 靠性。
P(、CP设计、制造验收标准的采用 我国在20世纪80年代中期由美国引进P(、CP制管技
术和设备,设计采用《预应力钢筒混凝土压力管设计标准》
(ANsI/AWWAC304),产品采用《预应力钢筒混凝土压力
管》(悯/趟vv吸C301)标准制造。2002年国内制定中国工程
建设标准化协会标准《给水排水埋地管芯缠丝预应力混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》(CB筠140:2002), 又在2011年修定为《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预 应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》(CBCS 140:2011)。另
mV。 ooo
ANSI/AWWA C304计算方法非常复杂,pCCP-E的一
个断面需要计算14种工况,而CE(葛140:201l仅需计算4 种工况,在结构计算时与之配套相关规范的应用也方便,预 应力钢筒混凝土管设计规范国产化正是大势所趋。 PCCP的施工安装验收普遍采用《给水排水管道工程施 工及验收规范》(GB 50268—2008)。
POCP,2×DN4 000, 56.4 km 0.4、0.6、O.8
事故供水量(重力流应考虑静水压)等各种可能出现的运行 工况进行水力计算,绘制出管道的最大内水压力包络线,再
POCP,2×DN3 200,32
hl
0.4、0.6
结合管道纵向布置分段确定。 (2)瞬时压力应在对输水工程采用了水锤防护措施情 况下,进行非稳定流(暂态)水力过渡过程分析计算,选取瞬 时压力为o.3~o.5倍工作压力和相应的水锤防护措施。 (3)试验压力可根据有关管道施工验收规范的规定来
O.4、O.6
辽宁大伙房 水库输水工程
一步327万m3/d 二步504万m3/d
2×D~2 400,122.6 lnTl RPM咿,DNl DNl
800、31.7hl
400、45.4}∞
PcCP,2×DN3 600,46.6 I∞
广州西江供
水工程
近期250万m3/d 远期3SO万m3/d
DN3 200.8.39 km D^『2
3.1
近期在建的长距离管道输水工程也很多,如南水北调 (中线)输水工程河南省、河北省及京津地区配套工程,辽西 北输水工程等。长距离管道输水工程基本以解决城市用水 为主,其工程特点为规模大、距离长、管径大,工作压力为
o.4~1.o MPa,主管材多选用预应力钢筒混凝土管(Pc—
CP)。为推动长距离管道输水工程健康发展,针对国内工程 现状和长距离管道输水的特点,拟在保障工程安全,尤其在 水锤危害防护技术方面进行探讨和研究。 1输水工程水质、水量、水压的可靠性 长距离管道输水工程应连续不断地向城镇供应符合《生 活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的水质,并满足用户需 要的水量和压力,在管道事故期间需保证供水量不低于设计 水量的70%。 供水系统采用多水源或工程设置了调蓄设施并能保证 事故期间供水量达到设计水量70%以上时,可采用单管;否 则应采用2条以上输水管道,并应在管道之间设置连通管,
・水业导航・
长距离管道输水工程的安全性及水锤危害防护技术
中国市政工程华北设计研究总院顾问总工
我国幅员广阔,水资源、人口分布和经济发展皆不均 衡。改革开放以来经济发展迅速,人民生活水平的提高和城 镇化建设加快使需水量骤增,使原本缺水的西北、华北、东北
、
陈溺城
保证在其中一条管道事故时,仅关闭事故段管道,管道系统 供水量不低于设计水量70%以上。设置连通管需增加投 资,且大口径管道连通管配备的阀门操作困难,因此建成多 水源供水系统是今后的发展方向。 2管道设计内水压力合理取值 管道承受的荷载种类很多,但最复杂、最重要的是合理 地确定管道设计内水压力。国内外工程界在确定内水压力
4.3水锤防护措施
4.3.1 min。
在水泵启动时能够先慢后快地自行开启,事故停泵时又能自 动快速地关至某一设定角度,余下的角度则以相当慢的速度 关闭。无论在正常启闭水泵过程,或在突然断电后的水力过 渡过程中,既能消除水锤危害,又不出现大量的水倒流使机 泵长时间反转。 (3)空气罐。空气罐是内部充有一定压缩气体的金属 罐。新型空气罐内设有橡胶囊,囊内装气体,气体与水隔离。 空气罐一般安装在泵站出口管路上,在管道发生水锤管路压 力升高时,气囊内气体继续被压缩,起到气垫缓冲作用;当管 道内出现压力骤降时,甚至发生水柱分离,囊内压缩空气快 速膨胀向管路注水,有效消除水锤危害。 (4)水锤泄放阀、水锤预防阀。水锤泄放阀是水力式自 动控制阀,当管道水锤压力超过预先设定值时,它将迅速开 启泄压,当管道压力降到低于设定值后,它又以可调速度缓 慢关闭,不会产生二次水锤危害。水锤泄放阀设置在管路易 发生水锤的位置。 水锤预防阀是用现代电子技术和压力传感器代替了水 力式低压导阀,它感应第一个水锤低压波,在高压波来临之 前阀门即开启,提前预防高压波对管道和设备的破坏。水锤 预防阀比水锤泄放阀具有更高的防护等级和更灵活控制方 式,适用于对水锤防护要求非常严格的工程。 (5)空气阀。低压进排气阀、高压微量排气阀、真空破 坏阀是空气阀的三种基本形式,对其改造和组合可形成更多 的种类。消减长输管道断流弥合水锤危害可采用三级排气 防水锤空气阀和进气微排空气阀。 三级排气防水锤空气阀是对低压进排气部分的改进,在 低压排气阀内增设限流盘,将低压排气过程分成低压差时全 速排气,较高压差对限流盘起动后减少了排气面积,限制排 气速度,也就消减水柱弥合冲击量。进气微排空气阀是利用 真空破坏阀自动吸气原理,管道出现负压时可自动高速吸气 破坏真空,水柱弥合时大孔口自动关闭,限制高速排气,也就 降低了水柱断流弥合撞击,消减水锤压力,残留管道内少量 空气通过旁通管上微量排气孔排出。 消减管道水锤的防护设备很多,尚有安全泄压多功能 阀、水锤消除器、缓闭止回阀等等。 水锤危害很大,是引发长输管道事故的最重要因素,应 认真分析研究长输管道系统水力过渡过程,采取经济可靠的 防护技术,复杂重要的工程应采取多级综合防护措施,以保 证管道安全运行。 5管道系统功能性试验 《城镇给水排水技术规范》(GB 50788—2012)强制规定 “压力管道竣工验收前应进行水压试验。生活饮用水管道运 行前应冲洗、消毒。” (下转第22页)
3.2 3.2.1
PCCP耐久性探讨 PCCP防腐蚀机理
PCCP是由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝和水泥砂浆 保护层组成的承插式复合管。外层砂浆层厚20 mm,强度
不低于45 MPa,吸水率平均值不超过9%,单个值不超过
11%。吸水率是检验和保证水泥砂浆层密实性的重要 指标。 PCCP外层水泥砂浆一方面隔离了钢丝与腐蚀介质的 直接接触,保护了钢丝,另一方面砂浆层中硅酸盐水泥中的 纯石灰与水反应生成pH>12.5的氢氧化钙,在高碱性环 境中金属钝化形成的氧化铁保护膜,能更有效地保护预应
哈尔滨磨盘 山水库供水
工程
90万m3/d
176.2lⅡ11
O.6、0.8、1.O
力是最基本的荷载,瞬时压力和试验压力的取值也往往与工 作压力相关。 (1)工作压力应根据工程设计水量、加大流量、小流量、
南水北调 (中线)北京段 供水工程
自流20 m3/s 加压提升50 m3/s 加大流量60 m3/s
地区与经济发达的东南沿海地区水资源更加短缺,为了解决 水资源短缺问题,目前已形成史无前例的长距离输(调)水高 潮。已建成的知名大型长距离管道输水工程见表1。 表1
名称 规模
长距离管道输水工程
管材,管径,长度
POCP.2×DN2 200,
工作压力/MPa
时,都要研究工作压力、瞬时(水锤)压力、试验压力,区别仅 在荷载组合方式和荷载系数的取值方面不尽相同。工作压
>2 000 140:
设计标准ANsI/AwwA C304与国内标准CECS
硫酸
盐
2011均采用极限状态设计方法,仅在荷载计算方法、工况组 合方式、内力分析及截面计算等方面存在差异。选取若干等 直径PCCP管段,采用相同的内水压力与外荷载,依据AN— SI/AwWA C304标准UDP V1.8版程序和CE(蔫140:2011 规定分别计算,计算出配筋成果相近,总体上按照CE(葛 140:2011标准计算出的配筋略多,但一般不超过5%。广州 西江引水工程采用DN3 600P(、CP,结构设计规定执行AN—
3.2.2埋设在腐蚀环境中的PCCP应采取保护措施 长输管道工程为线性工程,埋设环境千变万化,应特 别关注埋设PCCP水和土的腐蚀性。判别埋设P(、CP水 和土腐蚀性的第一步是测量土质电阻率,AWwA《混凝 土压力管手册》M9规定土质电阻率小于15 n・m为腐 蚀环境。第二步对腐蚀性环境水、土再进一步地测量腐 蚀性盐类含量,并根据腐蚀盐类种类和含量采取相应保