管道的水击现象及其防护
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给水管道水击现象产生的主要原因及如何消除
在日常生活中，往往从给水管道内发出声响或振动，该现象称为水击现象。
水击具有瞬时性、移动性（即无固定位置）。
发生水击现象的主要原因是管道内积存有空气，且排除不利时，在水流动时发生水与空气撞击而出现声响或振动。
水在输送时会携带部分空气，管道的检修泄水，更换管件阀门，接头不严密等均会造成大量空气进入管道而引起水击，管内水流速过大也会产生水击现象。
水击严重时产生较大的高频噪声，造成对环境的污染，严重撞击会造成管路上薄弱处破裂损坏，空气的长期滞留会腐蚀管道内壁，影响使用寿命。
消除水击的方法：
（1）合理选择管径，使管内水流速控制在允许范围内。
（2）管道高点处宜设置排气阀，管道检修或更换管件阀门后。
通水时打开排气阀进行排气，少量空气积存可采用打开卫生洁具的水龙头放水，这样也可携带出部分空气。
（3）经常保持系统管道的严密性。
液体输送管道水击现象的产生及防控
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ化工设计２０２１，３１（１）液体输送管道水击现象的产生及防控雷鸣远 北京石油化工工程有限公司西安分公司 西安 ７１００７５摘要 本文简要介绍压力液体输送管道发生水击现象的原因，以及可能导致的后果。
揭示管道水击计算方法和影响因素，并且基于设计层面阐述避免水击现象发生的有效措施。
关键词 压力管道 水击现象 防控措施雷鸣远：工程师。
２０１１年毕业于西安交通大学热能动力专业。
现在从事火电厂热力系统设计工作。
联系电话：１５３１９７５４１７５，Ｅ－ｍａｉ：１５３１９７５４１７５＠１６３ ｃｏｍ。
在实际工程中，带压液体输送管道作为压力管道的一个类型，是电力、化工、钢铁、水泥等行业工艺流程中不可或缺的重要部分之一。
在有压液体管道实际运行中，由于阀门快速开闭、泵启停、气体混入、流体相变等因素，造成管内液体流速发生激变，因此流体动能随之也发生激变，这种激变导致管内产生“压力波”，以接近音速的传播速度在管内流速发生突变的界面之间来回折返，从而在瞬间造成管内压力的急剧波动，对管道、阀门、连接件以及设备产生短暂且巨大的力学冲击，这种现象被称为水击现象。
使管道压力升高的水击现象叫做正水击，使管道压力降低的水击现象叫做负水击。
其破坏程度足以造成管道破裂或瘪塌、附件损坏、部件疲劳寿命缩短、环境噪音等危害。
１ 水击现象的几个过程水击现象既然是一种“压力波”，那么利用波的传播速度求出特征时间，就可将水击问题按照时间划分，便于对此问题展开研究。
另外，讨论水击现象时，必须考虑水的压缩性和管壁的弹性，这是产生水击现象的基本条件［１］。
假设某压力源头（如水泵、水箱、水池等）压力值恒定为Ｐ０，有一长度Ｌ、内壁光滑、材质均匀的出水管道，管道设置一个阀门作为控制水流的开关。
阀门开启时管内流速为Ｖ０，当Ｂ点阀门突然快速关闭之后，管内产生水击“压力波”，波速为ａ，按照时间划分，有以下４个典型过程：（１）ｔ＝０～Ｌａ。
城市供水压力管道水击的危害及防治措施
区域治理前沿理论与策略城市供水压力管道水击的危害及防治措施刘刚榆中县引洮工程建设管理局，甘肃 兰州 730100摘要：城市供水管道对于城市发展具有十分重要的作用，一方面管道的建设可满足日益增长的用水需求，管道输水方式已在工业用水和生活用水中广泛应用，作为城市供水中输配水作用的供水管道，也是连接水厂和用户的纽带。
另一方面城市供水管道大部分都是有各种分支、直径变化大、流程流量变化大、布设复杂的串联、并联、环状类管道管网。
尤其在外压力作用下很容易改变管道内部的流量和流速大小，当管道压强出现急剧升高或下降时就会产生水击，使管道壁出现振动，从而出现破碎、漏水等问题。
鉴于此，本文将对城市供水压力管道水击的产生、以及由此带来的危害进行分析，然后探讨如何预防水击带来的不利影响。
关键词：城市供水压力管道；水击；危害；防治措施一、城市供水压力管道水击的产生当城市供水压力管道内的水流量突然改变，比如水泵突然停机、启动阀门突然调节流量使流量变大时，管道内水流速度也将发生改变，水流动量也会发生巨大的变化[1]。
根据动量定理，就会产生引起水流动量变化的外作用力，这种作用力由压力管道作用在水流上，导致压力管道内的压强出现突然升高或突然快速下降的现象，整个管道内的水流以波的形式来往传播，出现管道内压强突然升高或突然降低的变化，因为管道内瞬时压强的变化使管壁也出现了一定程度的锤击振动，这种现象便叫做水击。
二、水击的分类和危害1水击的分类水击可以分为正水击和负水击两种，正水击指的是压力管道上的阀门在迅速关闭时没导致管道内压强瞬时间突然快速升高，之后又出现压强交替性上升或下降，以波的形式在管道内来往传播，这种现象叫做正水击。
正水击会导致管道内压强的增值超过正常压强的好多倍，严重时会使管道及其设备发生破裂。
负水击指的是在压力管道上阀门突然快速打开时，会导致管道内压强突然快速降低，这种以压强突然降低为特点的水击叫做负水击。
负水击的出现会使管道内在瞬时出现大量的真空，会给管道造成一定伤害，一般负水击是很难避免的，相对来说要比正水击给管道带来的损害程度要低很多。
管路的水击及其预防
管道技术与设备
2002 年
管路的水击及其预防
王建设 洛阳石化总厂化纤厂 河南省洛阳市 471012
摘要 在蒸汽管线和大口径管线上, 经常会发生水击, 对管道及相连设备的安全产生危害, 严 重时甚至会造成管道、阀门等设备的破裂损坏, 影响装置的安全运行及平稳生产。本文分析了水击 现象产生的原因, 并针对水击压力的变化规律, 提出了减轻水击危害的对策。 关键词: 管道 水击 预防 中图分类号: U173
开启, 造成的压力波在管内的传播。其传播速度用 c 表示。取流体的纵弹性系数为 K ( kgf/ m2) , 管材纵弹 性系数为 E ( kg f/ m2) , 流体比重 ( kgf / m3) , 管内径为 D ( m) , 管壁厚为 e( m) , 重力加速度为 g ( m/ s2 ) , 则有 公式( 1) :
c=
Kg/
1+ ( K / E) (D / e) c1
这里 c1 是随管道的固定状况不同而变化的系数。 取泊松比为 , 则:
( 1) 管 子 上 游 固 定, 无 轴 向 位 移 限 制 时, c1 =
1- / 2; ( 2) 整个管子有轴向位移限制时, c1= 1- 2;
( 3) 管子有轴向位移限制, 但中间有伸缩接头时,
参 考文献
1 袁恩熙. 工程流 体力学. 北 京: 石 油工业出 版社, 1986: 163
~ 169. 2 田 中 山. 配 管 的 设 计 和 施 工. 日 本 东 京: 共 立 出 版 社,
1980: 739~
( 收稿日期: 2002 年 1 月 17 日)
好消息
本刊在 2002 年参加以下展览会, 展会期间免费赠阅期刊, 欢迎您光临展台, 并提出宝贵意见。
管道的水击现象及其防护
管道的水击现象及其防护 Final revision by standardization team on December 10, 2020.管道的水击现象及其防护摘要：水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。
本文介绍了水击现象的定义、理论、形式和形成原因。
概述了水击现象的危害并论述了管道水击的防护措施。
关键词：管道水击现象危害防护措施1 水击现象在日常生活中,我们碰到的水流不稳定现象很多。
当我们快速关闭水龙头或关闭闸阀和水轮机导水叶时,在关闭过程中,随着阀门开度的减少,管道中的流速也逐渐减小,由于水流的动量快速变化,在闸阀的上游部分将产生压力升高;而在下游部分(如在尾水管中)产生压力降低。
当开启阀门或水轮机导水叶时,管道中的流速逐渐增大,在导叶上游部分产生压力降低,而在其下游部分(如在尾水管中)产生压力升高。
特别是在水电站或水泵站的有压引水系统中,通常用导叶或阀门调节流量,以达到适应水电站出力变化或水泵站供水量变化的生产要求。
这种调节往往是快速的,因此必然引起有压引水管道中的流速发生急剧变化,伴随着将产生管道中液体内部压强迅速交替升降的水力现象。
这种交替升降的压强作用在管道、阀门或其他管道元器件上好像锤击一样,故称这种有压非恒定流为水击现象,简称水击。
交替升降的压强称为水击压强[1]。
水击现象的定义水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。
当由于某种原因引起管路中流速突然变化时，例如开关阀门过快、突然断电停泵，都会引起管内压力突然变化，造成水击。
当急剧变化的压力波波前通过管路时，产生一种声音，犹如用锤子敲击管路时发出的噪音，故水击亦称水锤[2]。
水击理论弹性水击理论考虑液体的压缩性和管材的弹性,在管道各个截面上液体的流速是位置与时间的函数,V=f(x,t)。
弹性水击理论适用于长距离和液体流速较大的管道,实践证明,这个理论与实际情况相符。
刚性水击理论忽略液体的压缩性与管材的弹性,把管道内的液体视为一条整体的“刚性水柱”,在管道各个截面上的液体流速只是时间的函数,而与位置无关,V一f(t)。
什么是压力管道的水击(水锤)现象？有何危害？如何消除？
什么是压力管道的水击（水锤）现象？有何危害？如何消除？
在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。
引起水击的基本原因是：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。
管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。
在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。
水击现象发生时，压力升高值可能为正常压力的好多倍，使管壁材料承受很大应力；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏。
消除或减轻水击危害的基本方法有：
（1） 缓慢开启或关闭阀门；
（2） 尽量缩短阀件与容器间的管道长度；
（3） 止回阀应动作灵活，不应出现忽开忽关现象；
（4） 管道就装设安全阀、空气阀或蓄能器；
（5） 蒸汽管道送汽前要充分暖管，彻底疏水，然后缓慢开启阀门送汽。
水击现象及其预防【通用】.pptx
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如果泵站装备调速输油泵机组，在调节阀节流与关闭一 台泵两种动作之间，尚可增加调速泵机组降速运转动作。 上述上、下游泵站调节阀的节流幅度，根据水击分析结果 确定。当各泵站采取的动作已达到水击分析结果所定压力 与流量要求时，即不再继续执行下一步保护动作。
3. 泄放保护 泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀，当
水击保护方法有管道增强保护、超前保护与泄放保护三 种。
1．管道增强保护 当管道各处的设计强度能承受无任何保护措施条件下水 击所产生的最高压力时，则不必为管道采取保护措施。小 口径管道的强度往往具有相当裕量，能够承受水击的最高 压力。
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2．超前保护
超前保护是在产生水击时，由管道控制中心迅速向上、
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水击保护方法 水击保护的目的是由事先的预防措施使水击的压力波动 不超过管子与设备的设计强度，不发生管道内出现负压与 液体断流情况。保护方法按照管道的条件选择，采用的设 施根据水击分析的数据确定。
出现水击高压波时，通过阀门从管道中泄放出一定数量的 液体，而削弱高压波，防止水击造成危害。
泄放阀设置在可能产生高压波的地点，即首站和中 间泵站的出站端、中间泵站和末站的入口端。
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下游泵站发出指令，上、下游泵站立即采取相应保护动 作，产生一个与传来得水击压力波相反的扰动，两波相 遇后，抵消部分水击压力波，以避免对管道造成危害。 超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动 保护措施。
浅析管道水击及防范措施(标准版)
( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改浅析管道水击及防范措施(标准版)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.浅析管道水击及防范措施(标准版)摘要：管道在运行时,由于突然停电或停泵,使管道中的流速和动量发生急剧变化,而发生水击或水锤现象,水击可导致管道系统的强烈震动，对管道系统造成影响或破坏，甚至危及设备和人身的安全。
因此，火力发电厂汽水管道如果管道发生水击，会直接影响了汽水系统的安全运行，对电厂的安全生产构成严重威胁。
热力管道系统是火力发电厂的生命线，如何保证汽水管道的安全稳定运行，对水击现象进行了分析和探讨,提出了预防管道系统水击的方法和措施,防止水击现象发生，对电厂的安全生产和经济运行有着重要意义。
一、常见汽水管道水击现象1、蒸汽管道水击现象及其特征在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，主要集中在主再热蒸汽管道、抽汽管道、汽封管道、高低加疏水管道等，而蒸汽管道产生水击通常是以下几种状态比较普遍：（1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启、不畅或疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。
（2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。
（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。
水击压力的计算和防护
过 的时间。压强波传播到 B 断面，如果以阀门突然关闭的瞬间作为时间 t=0，则时
段
为水击波传播的第一阶段。
（2）当 的瞬时，管内的流体处于静止与被压缩状态，由于 B 断面以右，管内 流体的压强为 p0+Δp，B 断面以左，大容器内流体压强为 p0，由于这一压差的存在，管 内流体又以速度 V0 自 B 断面向容器内倒流，倒流的结果，使压强由 p0+Δp 恢复到原来的 p0，管截面积也由 A+ΔA 恢复到原来的 A（这里将管壁的变形认为是弹性变形）。压强下
越大，则越接近于声速，极限情况下，当 E→∞时，则水击波以声速传播。
五、防止水击危害的方法
水击现象的发生，对管可采用
以下几方面的措施：
（1）延长阀门的关阀（或开启）时间，或缩短管长，尽量将直接水击改变为间接 水击。
（2）限制管路流速，一般液压系统中最大流速限制在 5～7m/s 左右。 （3）阀门前设置空气室或溢流阀，水击发生时，空气室里的空气受到压缩，或在 水击发生时，将部分液体从管中放出，从而使水击压强降低。 （4）增加管道弹性，例如液压系统中，铜管铝管就比钢管有更好的防水击性能， 或采用弹性较大的软管，如橡胶或尼龙管吸收冲击能量，则可更明显的减轻水击
管道水击现象 水击又称为水锤，在管道中液体的运动状态突然改变的情况下发生（例如阀门的突 然关闭或突然开启，水泵的突然启动或停止，水轮机或液压油缸突然变化负载等）。由 于流速突然发生迅速变化，结果由于流体惯性，必然引起管内压强的剧烈波动，即压强 的突然上升与突然下降，并在整个管长范围内传播。压强突变使管壁产生振动，并伴有 似锤之声，故将这种现象称为管内水击现象，或水锤现象。当阀门迅速关闭时，管内流 速急剧下降，压强迅速上升，称为正水击。正水击可能使管道爆裂。而当阀门迅速开启 时，管内流速急剧上升，压强迅速下降，称为负水击。负水击可使管道产生真空和汽蚀， 使管道变形。以下仅讨论正水击。 水击现象所引起的压强上升，轻微时，只表现为噪音与振动，严重时，压强变化甚 至可超过管内原有正常压强的几十倍甚至上百倍。以致超过了管壁材料的允许应力，造 成管道和管件的变形，甚至破裂。所以，了解水击现象的发生、发展和消失过程，对避 免削弱水击所产生的危害是十分必要的。 一、水击产生的过程 如下图所示，有一长为 L 的管道，其进口（即管道的 B 端）与一大容器相连，管道 的末端有一阀门。假定在定常流动的条件下，管中的流速和压强分别为 V0，p0。为简单 起见，在下面的讨论中忽略流体的粘性损失以及流速水头，即认定在定常流动的条件下， 管中的测压管水头线是一条与大容器水平面同高的水平线。
水锤(水击)的产生、危害与防护措施
水锤（水击）的产生、危害与防护措施水锤又称水击。
是指水或其他液体输送过程中，由于阀门突然开关、水泵骤然启停等原因，流速突然变化且压强大幅波动的现象。
突然停电或阀门关闭太快，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，我们称之为水锤。
供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到最大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。
这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。
所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。
水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭；2、水泵机组突然停车或开启；3、单管向高处输水（供水地形高差超过20米）；4、水泵总扬程（或工作压力）大；5、输水管道中水流速度过大；6、输水管道过长，且地形变化大。
7、不规范的施工是给水管道工程存在的隐患7.1如三通、弯头、异径管等节点的水泥止推墩制作不符合要求。
水锤效应的危害水锤引起的压强升高，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，对管路系统造成的危害主要有：1、引起管道强烈振动，管道接头断开；2、破坏阀门，严重的压强过高造成管道爆管，供水管网压力降低；3、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；4、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。
消除或减轻水锤的防护措施对于水锤的防护措施很多，但需根据水锤可能产生的原因，采取不同的措施。
1、降低输水管线的流速，可在一定程度上降低水锤压力，但会增大输水管管径，增加工程投资。
输水管线布置时应考虑尽量避免出现驼峰或坡度剧变减少输水管道长度，管线愈长，停泵水锤值愈大。
由一个泵站变两个泵站，用吸水井把两个泵站衔接起来。
停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关，几何扬程愈高，停泵水锤值也愈大。
输油管道的水击分析
输油管道的水击分析水击是指液体在管道中快速流动时产生的压力冲击现象。
对于输油管道来说，水击是一个非常重要的问题，因为水击会对管道造成巨大的冲击力，导致管道破裂甚至爆炸，造成严重的安全事故。
因此，对输油管道的水击进行分析和控制是非常必要的。
首先，我们来了解一下水击的原理。
当液体在管道中由于其中一种原因突然停止或改变流动方向时，会导致液体产生冲击波，产生高压区和低压区。
高压区的压力将超过管道的承受力，导致管道破裂。
而低压区的压力则会引起液体的回流和大规模振荡，进一步加剧了水击的破坏力。
水击的产生有多种原因，例如阀门关闭过快、泵机组启停突然、管道泄漏堵塞等。
在输油管道系统中，特别是在泵站、阀室等地方，水击的危险性更大。
因此，对于这些关键的控制节点，应当采取合适的措施来防止水击的发生。
为了分析输油管道的水击现象，通常使用一维流动理论。
该理论假设流体是均匀、定常、不可压缩的，可以采用质量守恒方程和动量守恒方程来描述流动的分布和变化。
在考虑水击问题时，还需要引入一个补偿容器来缓冲液体流动的压力冲击。
补偿容器的作用是通过改变管道系统的远端和近端的液体压力来达到缓冲和稳定液体流动的目的。
补偿容器通常设计为一个封闭的容器，容器中充满了空气或惰性气体。
当液体流速改变时，补偿容器可以通过改变内部气体的体积来平衡液体流动产生的压力冲击。
此外，在设计输油管道系统时，还应注意以下几点来控制水击的发生：1.合理选择管道的材质和尺寸，以保证其足够强度和刚度，能够承受流体的压力冲击。
2.采用合适的阀门和泵机组，以控制流速的变化，避免突然开关或启停造成的压力冲击。
3.在关键节点设置减压阀、隔离阀等，可以分散和缓解水击冲击，降低其对管道系统的影响。
4.定期检查和维护管道系统，及时处理泄漏和堵塞问题，避免因此引起的水击现象。
在实际操作中，水击的分析和控制通常需要使用专业软件进行模拟和计算。
这些软件可以根据管道系统的实际参数和操作条件，模拟液体的流动和压力分布，帮助预测和评估水击的风险，并提供相应的管控措施。
浅析管道水击及防范措施
浅析管道水击及防范措施浅析管道水击及防范措施摘要：管道在运行时,由于突然停电或停泵,使管道中的流速和动量发生急剧变化,而发生水击或水锤现象, 水击可导致管道系统的强烈震动，对管道系统造成影响或破坏，甚至危及设备和人身的安全。
因此，火力发电厂汽水管道如果管道发生水击，会直接影响了汽水系统的安全运行，对电厂的安全生产构成严重威胁。
热力管道系统是火力发电厂的生命线，如何保证汽水管道的安全稳定运行，对水击现象进行了分析和探讨,提出了预防管道系统水击的方法和措施,防止水击现象发生，对电厂的安全生产和经济运行有着重要意义。
一、常见汽水管道水击现象1、蒸汽管道水击现象及其特征在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，主要集中在主再热蒸汽管道、抽汽管道、汽封管道、高低加疏水管道等，而蒸汽管道产生水击通常是以下几种状态比较普遍：（1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启、不畅或疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。
（2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。
（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。
蒸汽管道在以上状态下发生水击现象时，主要表现的特征是：（1）管道系统会发生振动，管道、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈。
（2）是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。
（3）管道系统在蒸汽带水进入管道时，如管道系统有法兰连接情况下，在管道的法兰结合处容易发生冒汽现象，水击严重时，法兰垫被冲坏致使大量漏汽。
管线中水击现象的成因及设计预防措施
管线中水击现象的成因及设计预防措施随着科学技术的发展，特别是计算机技术的广泛运用，配管设计已逐渐发展成为独立的工程设计专业。
在石油化工企业的新建、扩建、改建工程中，管道的设计与安装，已经成为整个工艺设计工作的重要组成部分。
在配管设计中，通过管道应力的分析计算，可以检查管道在设计条件下是否具有足够的柔性，保证管道的安全运行。
但是，从配管模拟设计过程以及装置现场反馈信息中发现，石油化工装置运行中，尤其在装置的试车阶段，管线的振动问题仍有发生。
致使管线振动的原因很多，水击是其中比较常见的原因之一。
因此，防止管道水击现象的发生是配管设计中不可忽视的重要因素。
本文就水击现象的成因、设计预防措施进行初步的探讨，供配管设计人员参考。
1 水击现象的成因及危害1．1 水击现象的基本概念水击是管道瞬变流动中的一种压力波，它的产生是由于管道中某一截面的流速发生改变，这种改变可能是正常的流量调节，或因事故而使管道堵塞，从而使该处压力产生突然的跃升或下降，并以波的形式，以波速a向整个系统传播，这种现象称为水击。
根据水击发生的程度可以简单地分为一般性水击和破坏性水击。
1．2 水击现象的成因在实际生产中，能够引起管道系统流速变化而导致水击的因素很多，如：（1）阀门的正常开、关或调节，事故的开、关和损坏堵塞；（2）泵的启动和停运；（3）蒸汽管道在暖管过程中出现凝结水。
从理论上讲，石油化工装置在设备切换——阀门关闭时，当阀门的开度逐渐减小时，管道中流体介质的流速也逐渐减小，由于介质的惯性作用，在阀门的上游部分产生压力升高，而在其下游部分产生压力降低；反之，当阀门的开度逐渐增大时，管道中流体介质的流速逐渐增大，在阀门的上游部分产生压力降低，而在其下游部分产生压力升高，产生介质的不稳定流动——“水击”。
同样，由于操作压力和温度的波动等原因造成介质体积的膨胀和收缩，也会导致水击现象的发生。
当此压力、温度波动超过一定范围，或在事故状态、装置开停车状态需要快速关启阀门时，管内的液相介质部分汽化或气相介质部分液化，管内产生局部气、液两相流，从而有可能发生严重的不稳定状态，导致“破坏性水击”。
水击现象原因分析及防范措施探讨
1491 概述水击又名水锤，它常发生在水或蒸汽等有压管道系统中，由于某一管路元件工作状态的改变，使液体流速发生急剧变化，同时引起管内液体压强大幅度波动的现象。
它是有压管道非恒定流问题中的一种。
管道中任一段面的流速、压强、液体的密度及管道直径，不仅与空间位置而且与时间有关。
它可能导致管道系统强烈震动、噪声和空蚀，甚至使管道严重变形或爆裂。
2 水击产生的成因及危害2.1 水击现象的成因在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。
产生的原因：当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时，因瞬时流速发生急剧变化，引起液体动量迅速改变，而使压力显著变化。
管道上止回阀失灵，也会发生水击现象。
在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。
2.2 水击的危害水击现象的发生会引起整个管系发生振动，使管道严重损坏；管道法兰连接处泄漏；管道推力和力矩过大，使与其连接的设备承受过大的应力或使其产生变形，影响设备的正常运行。
3 装置凝结水回水运行情况3.1 运行现状净化装置区的蒸汽消耗主要为生产蒸汽和伴热蒸汽，其中生产蒸汽用于提供溶液再生的热量和再生塔补充蒸汽；伴热蒸汽用于设备管线、仪表的伴热。
蒸汽经用热设备产生的凝结水先汇集于凝结水总管，后流入凝结水回水系统（如图1所示）。
装置夏季运行时生产蒸汽凝结水回锅炉房，冬季运行时生产蒸汽凝结水和伴热蒸汽凝结水一起回锅炉房。
图1 装置蒸汽、凝结水流程示意图3.2 水击产生的原因分析凝结水管道中存部分蒸汽是水击发生的主要原因，在凝结水回水管线中，其介质主要是蒸汽和水的混合物，由于汽水的存在, 就形成了汽和水的两相流动, 两相流的主要特征，是在蒸汽和水之间存在界面, 界面在不同的情况下具有不同的形状，由于重力作用, 凝结水总是在管道底部流动或者向管道低点移动。
压力管道水锤现象及防止措施
压力管道水锤现象及防止措施管道在安装完毕后通常须通水试压，在试压时需要一个重要的步骤：将管道内的空气排放干净，否则通水试压会引起水锤，导致管道破裂。
那么水锤现象是什么？它是如何引起及防范呢？1、水锤现象？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。
水锤效应是指在水管内部，管内壁光滑，水流动自如。
当打开的阀门突然关闭，水流对阀门及管壁，主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。
在水利管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大。
2、水锤效应有何危害？水锤效应有极大的破坏性：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。
当切断电源而停机时，泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命令系统急剧地停止，这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
3、发生水锤的原因与防治措施如下：a.开关阀门过快引起的水锤：（1）延长开阀和关阀时间。
（2）离心泵和混凝泵应在阀门半闭15%-30%时而不是全关时停泵。
b.泵引起的水锤（1）排除管道内的空气，使管道内充满水后再开启水泵，凡是长距离输水管道的高起部位都应设自动排气阀。
（2）停泵水锤主要因出水管止回阀关闭过快引起，因此，取消止回阀可以消除停水泵水锤的危害，并且可以减少水头损失，节约电耗；目前经过一些大城市的实验，认为一级泵房可以取消，二级泵房不宜取消；取消止回阀时应进行停水锤压力计算，为减少和消除水锤，目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀。
常见管道系统水锤与防护
水资源浪费
水锤会导致大量的水资源 流失，给供水系统带来负 担。
环境污染
水锤会导致管道破裂、阀 门损坏等，从而产生污水 泄漏，对环境造成污染。源自03常见的水锤防护措施
缓闭止回阀
缓闭止回阀是一种阀门，用于防止水锤对管道系统的冲击 。当管道中的水流突然停止或减小时，缓闭止回阀可以缓 慢关闭，以减小水锤对管道的冲击力。
智能化水锤防护技术可以大大提高管道系统的安全性和稳定性，减少水锤对管道系统的破坏，并降低 人工维护成本。未来随着传感器、通信和控制技术的发展，智能化水锤防护技术将得到更广泛的应用 。
新型水锤防护材料
新型水锤防护材料是指具有优异力学 性能和耐久性的材料，用于制造管道、 阀门等部件，以提高其抗水锤冲击的 能力。
合理利用资源
在保证安全可靠的前提下，应合 理利用资源，避免浪费，降低工 程成本。
05
水锤防护的未来发展
智能化水锤防护技术
智能化水锤防护技术是指利用先进的传感器、控制技术和算法，实现水锤防护的自动化和智能化。通 过实时监测管道系统的压力、流量等参数，系统能够自动识别和预测水锤发生的风险，并采取相应的 防护措施。
02
水锤产生的原因和影响
水锤产生的原因
突然的流量变化
输水高度变化
在管道系统中，如果突然关闭或开启 阀门、水泵等设备，会导致水流速度 的急剧变化，从而产生水锤现象。
在供水系统中，由于地形高差或水泵 扬程的变化，会导致输水高度发生变 化，从而产生水锤。
流体不稳定性
管道中的流体在正常流动时，如果遇 到阻碍或拐弯，会产生压力波动，当 压力波动过大时，就会形成水锤。
安全可靠的原则
安全防护措施
在设计和施工过程中，应采取必要的安全防护措施，如设置安全阀、压力传感器等，以保障管道系统 的安全运行。
关于电厂管道水击产生的原因分析及解决方法(精)
一、水击现象及其危害当水或汽等流体在压力管道中流动时，当遇到突然关闭或开启阀门，水泵突然停机或启动，温度急剧变化时，流体的流动速度会发生突然变化，由于流体的惯性和压缩性，引起管道中流动的流体压力发生反复的、急剧的周期性变化，这种现象称为水击（或水锤）。
发生水击现象时管道内压力会有一个急剧的升高，其数值可能达到正常工作压力的几倍甚至数十倍，使管壁材料及管道上的设备及附件承受很大的压力，并伴随着管壁的扩张和收缩，发出强烈的振动和噪音，有如管道受到锤击的声音。
同时，高频交变应力作用在管壁上，加之强烈的振动和流体的冲击，会使金属表面打击出许多麻点。
如果此时管道系统存在缺陷，则有可能对管道或热力设备造成破坏，导致事故的发生。
所以水击不仅增加流体的流动阻力，而且也严重危及到管道系统及有关设备的安全运行。
特别是大流量、高流速的长管中以及输送温度高、压力大的水泵中更为严重。
电厂中常见的管道水击现象多发生在蒸汽管道、给水管道、循环水管道、疏水管道等汽水管道中，但在蒸汽、给水管道中发生水击现象时具体现象有所不同，相应的处理防范措施也有所不同。
二、蒸汽管道的水击与防范处理1、常见蒸汽管道的水击现象及特征在热力发电厂中水击现象最容易在蒸汽管道中发生，以下几种情况蒸汽管道水击现象比较普遍：（1）蒸汽管道由冷态备用状态投入运行，因进汽阀门开启过快或过大致使管道暖管不足；或是管道疏水未开启及疏水管堵塞时，管道比较容易发生水击。
如蒸汽管网供暖和停暖时。
（2）汽轮机或锅炉负荷增加速度过快，或是锅炉汽包发生满水、汽水共腾等事故，使蒸汽带水进入管道。
（3）运行的蒸汽管道停运后相应疏水没有及时开启或开度不足，在相关联的进汽阀门未关闭严密情况下，漏入停运管道内的蒸汽逐渐冷却为水并积聚在管道中，在一定时间后，管道将发生水击。
蒸汽管道发生上列水击现象时，主要的现象是管道系统发生振动，管道本体、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水击越强烈振动也越强烈；二是管道内发出刺耳的声响，但不同情况下的水击时发出的声响各有特点，如投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道如前述发生水击时多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。
输水工程水击破坏防护
0.0
A
220.0
电厂
2.64 485.0 C 775.0 24520.0
0.0 -0.5 -1.0
0.4 0.2 0.0 -0.2
n y 10 20 t(s)
图 3-14
设置空气阀的水泵断电过程
图 3-15
设置单向调压室的水泵断电过程
3.2水击破坏的防护-压力罐
测压管水头线 空压机启动 空压机停机 空气 最高警戒水位 最低警戒水位
19
3.3 水击破坏的防护-空气阀
长距离输水管线上必须设置各种类型的空气阀。
空气阀的作用是：当气阀处的管内压力降到低于 大气压（或预先规定的最小压力）时，气阀打开 让空气进入；当管内水压增加到大气压以上时， 允许空气逐渐流出。
二级排气复合式空气阀有一个低压大排气孔口，一 个高压微量排气孔口。
工作原理是：当空气阀底部水压小于大气压时，浮 球下降，空气进人；当空气阀气压上升超过大气压， 两个排气孔同时排气，当压力超过一个容许压差， 大排气孔口关闭，只剩微量排气孔口慢慢将空气排 出，以避免产生过大的冲击水压。低压大排气孔口 工作压力一般小于6m水头。
20
3.3水击破坏的防护—空气阀布置
（1）在首次充水或需要排空时，管道系统要排出或吸人大量空气。需要空气阀的特点是排出或吸人 的空气量大，比较集中，而且不需要过高的压力。为了尽量减少管内剩余空气和避免发生水锤，充水 流速一般限制在 0.3m/s。 （2）在管道系统运行中，水体中残存的气体会不断逸出，聚集在系统的高处，导致严重的水头损失， 轻则降低运行效率，重则引发管路事故，因此应当及时地将这些气体排出。 （3）在事故断电的过程中，需要防止管道水压降低到大气压（负压）以下发生液体汽化，或者液柱 分离现象，随后水压上升液体重新聚合可能产生巨大的冲击高压，引起爆管事故。 对于长距离调水工程管线，为了满足充水排气安全要求，一般间隔800m或者1000m设置空气阀，排气 孔口直径取管道直径的1/10左右。
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管道的水击现象及其防护
摘要：水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。
本文介绍了水击现象的定义、理论、形式和形成原因。
概述了水击现象的危害并论述了管道水击的防护措施。
关键词：管道水击现象危害防护措施
1 水击现象
在日常生活中,我们碰到的水流不稳定现象很多。
当我们快速关闭水龙头或关闭闸阀和水轮机导水叶时,在关闭过程中,随着阀门开度的减少,管道中的流速也逐渐减小,由于水流的动量快速变化,在闸阀的上游部分将产生压力升高;而在下游部分(如在尾水管中)产生压力降低。
当开启阀门或水轮机导水叶时,管道中的流速逐渐增大,在导叶上游部分产生压力降低,而在其下游部分(如在尾水管中)产生压力升高。
特别是在水电站或水泵站的有压引水系统中,通常用导叶或阀门调节流量,以达到适应水电站出力变化或水泵站供水量变化的生产要求。
这种调节往往是快速的,因此必然引起有压引水管道中的流速发生急剧变化,伴随着将产生管道中液体内部压强迅速交替升降的水力现象。
这种交替升降的压强作用在管道、阀门或其他管道元器件上好像锤击一样,故称这种有压非恒定流为水击现象,简称水击。
交替升降的压强称为水击压强[1]。
1.1水击现象的定义
水击是指压力瞬变过程，是管路中不稳定流所引起的一种特殊重要现象。
当由于某种原因引起管路中流速突然变化时，例如开关阀门过快、突然断电停泵，都会引起管内压力突然变化，造成水击。
当急剧变化的压力波波前通过管路时，产生一种声音，犹如用锤子敲击管路时发出的噪音，故水击亦称水锤[2]。
1.2水击理论
1.2.1弹性水击理论
考虑液体的压缩性和管材的弹性,在管道各个截面上液体的流速是位置与时间的函数,V=f(x,t)。
弹性水击理论适用于长距离和液体流速较大的管道,实践证明,这个理论与实际情况相符。
1.2.2刚性水击理论
忽略液体的压缩性与管材的弹性,把管道内的液体视为一条整体的“刚性水柱”,在管道各个截面上的液体流速只是时间的函数,而与位置无关,V一f(t)。
刚性水击理论仅适用于液体流速变化相当缓慢或长度很短的管道,当管道直径相同时,液体在管道任何截面与时间的流速都相同[3]。
1.3水击现象的形式
在有压管道系统中,常见的水击现象一般分为:
直接水击:当阀门的关闭时间小于或等于一个相长时,也就是水击波从阀门处向水箱方向传播再以常压恢复波形式返回到阀门之前,阀门就已关闭,这种水
击称直接水击。
间接水击:当阀门的关闭时间大于一个相长时,也就是水击波从阀门处向水箱方向传播再以常压恢复波形式返回到阀门之前,阀门尚未完全关闭,这种水击称为间接水击。
正水击:当管道阀门迅速关闭时,管道中流速快速减小,压强会显著增大,这种水击称为正水击。
负水击:当管道阀门迅速开启时,管道中流速快速增大,压强会显著减小,这种水击称为负水击[4]。
1.4水击现象的形成原因
管道发生水击现象,既有外因也有内因。
外因是管道发生水击的条件,内因是管道发生水击的根据,外因通过内因而起作用。
1.4.1水击现象的内因
由于水和管道都不是刚体,而是弹性体,因此在很的水击压强的作用下产生两种形变,即水的压缩及管壁的膨胀。
而管道中水流速度又不是同时变化,形成一种弹性波(又称水击波)进行传递。
从上述的分析不难看出,引起管道水流速度突然变化是水击发生的条件,水流具有惯性和压缩性是发生水击的内在原因[4]。
1.4.2水击现象的外因
瞬时关闭阀门或突然断电停泵,是管道发生水击的主要原因。
当管道中流动的液体因以上原因受到外力作用时,流动速度发生变化,引发水击。
外力与惯性力是水击的外在原因。
当瞬时关闭阀门(或突然停泵)时,流体与阀门(或泵)相互作用。
阀门(泵或停止流动的液体)以外力作用于流体,流体则以惯性力作用于阀门(泵或停止流动的液体)。
外力与惯性力是一对作用力与反作用力,大小相等、方向相反作用在同一条直线上。
2水击现象的危害
如果管道内的水击强度较弱时,就会出现噪音,是因为管道内和其他设备的轻微碰撞;水击严重时因流体在管道内产生瞬变压力的同步和叠加,以致造成管道破裂发生泄露现象;也会导致管件、阀门以及泵机组设备的破坏,从而影响输送过程的安全和稳定,甚至会伤及人体,由此可见水击的破坏性直接影响到石油的正常输送。
假如水击现象连续产生,就会使得管道和管道内的设备一直处于不稳定的环境下工作,虽然泄压系统会在一定程度上确保管道系统的稳定性,但是由于管道系统内的压力一直是不断地发生变化中,油田的化工流体具有腐蚀性也会给设备带来损伤,致使管道和设备一直处于疲劳运行的状态下更容易遭受破坏[5]。
下面是一些管道水击破坏现象。
2.1长距离输油管道水击
“大庆—秦皇岛”输油管道是由两条平行的720×8的管线组成,全长974km,沿线各站均有两个泵房。
密闭输油具有突出特点,它的应用已成为管道输送工艺的一个发展方向。
采用密闭输油工艺就存在着水击事故预测和保护的问题,由于对这一问题认识不够,改进后的密闭输油管线曾发生过严重水击事故,造成原油大量泄漏。
不仅影响到油厂的正常生产,而且对泄漏地的生态环境造成了极其严
重的破坏。
2.2 热水、蒸汽管道水击
哈尔滨市某工厂4台SHL10-113-A型蒸汽锅炉在并联运行期间突然发生水击,巨大的冲击力将连接4台锅的蒸汽主管道(管径273mm)一端的平封头冲掉。
调查表明3号锅炉有严重满水现象,致使水从主汽阀溢出流至连接4台锅炉的主蒸汽管道,与另3台锅炉输出的蒸汽相遇发生水击。
实践证明:供热系统因水击而产生的增压波和减压波交替作用所造成的危害是十分严重的。
管道系统剧烈振动会使保温层脱落,或产生噪音以及从补给水箱或高位膨胀管中大量冒水。
特别是高温热水、蒸汽为热媒的供热系统在停泵时所产生的水击现象比低温水、蒸汽系统更具有破坏性。
因此,对热水、蒸汽供热系统水击问题应予以足够的重视。
2.3日本核电厂水击问题
2004年11月7日,日本静冈县中部电力(公司)滨冈核电厂发生管线破裂事故,在一号发电机组紧急反应堆冷却系统中的“L”形管线内发现一些积水,这些积水和水蒸气相遇时急速膨胀并产生强烈冲击波,从而造成“水击现象”使管线破裂。
当场造成4人死亡,7人受伤。
3管道水击的防护措施
由于水击可能对管道或设备等造成很大破坏，因此有必要根据具体情况采取相应的措施来消除水击或减少水水击压力。
3.1增设防止水击的设备
(1)安装水击消除器。
当管路中压力升高时弹簧受到压缩,于是打开了水的通路,水被排出而泄压,因此降低了水击压力；
(2)在水泵出口处增设泄压阀,采用被动的泄压方法让水击产生的压力增值释放掉,从而达到保护管道及水泵的目的；
(3)在循环泵前、后的管路之间安装止回阀的旁通管,可防止由于突然停泵引发的水击；
(4)可适当增设缓闭单向阀,延长阀全部关闭所需的时间；
(5)在较长管道中设置调压室,缩短管道长度,减小相长,可以缓和水击；
(6)在管系上按规定安装排气阀,避免管道产生集气；
(7)适当加大管径,限制管中流速可减小水锤强度。
3.2建立安全操作规程
通过完善的管理制度和严格的执行操作规程,对管道和设计加以合理优化设计,并在运行过程中及时有效的进行保护和维修,把水击影响掌握在可控范围之内。
(1)合理延长管路阀门关闭时间,缓慢操作,禁止突然关闭阀门；
(2)水泵启动、停车前完全关闭出水阀门；
(3)加强巡视,确保管道及设备工况良好；
(4)完善管理制度和严格执行操作规程、及时维修排除管系运行故障[6]。
如果能做好以上防护措施，就可以最大限度地避免水击现象的发生。
参考文献
[1]王树人等.水击理论与水击计算[M].背景：清华大学出版社，1980
[2]袁恩熙.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社，2010:174
[3]赵竟奇.管道产生水击的原因分析[J].油气储运，1999，18(5):35
[4]王文婷，路宏. 浅析压力管道中水击现象的危害及预防[J].内蒙古石油化工，2013，（8）：
93
[5]黄小军.压力管道系统的水击危害及其防治研究[J].中国石油和化工标准与质量，2012，
（8）：109
[6]陈贵清等.压力管道水击危害及其防治[J].河北理工学院学报，2005，27(1):129～131。