XXXXXXX学院XX2014年9月长距离管道输水工程有关技术问题探讨 长距离管道输水工程有关技术问题工程规划设计水锤防护技术与安全措施管材、管径及经济流速的选择管道充水及试运行工程施工及运行管理等方面的问题本次讲授内容：1、长距离输水工程输水方式选择2、长距离输水管道水锤防护问题1 长距离输水工程输水方式选择1.1 输水方式 输水方式包括：无压重力输水、有压重力输水、加压输水、重力和加压组合输水等。1.2 布置形式和优缺点（1） 无水塔（高位水池）的管网由泵站加压直接供水优点：不用修高位水池缺点：水泵24小时供水，无调节能力。(1) 无水塔的管网1.2 布置形式和优缺点(2)网前水塔（高位水池）管网 网前水塔（高位水池）管网的工作情况是，泵站供水到水塔，再经管网到用户。优点：高位水池具有一定调蓄能力，水泵可 间歇运行。缺点：工程量增加，可能会造成水泵扬程增大的情况。网前水塔（高位水池） (3)对置水塔的管网 当地形离加压泵站越远越高时，水塔（高位水池）应放在管网末端，形成对置水塔的管网系统。当供水量大于用水量时，多余的水流入水塔。当用水量大于供水量时，水塔可供给用户。 1.2 布置形式和优缺点对置水塔管网1.2 布置形式和优缺点(4)网中水塔的管网 如水塔靠近二级泵站，且泵站供水量大于泵站和水塔间用户的用水量时，情况类似于网前水塔。当水塔离泵站较远时，以致泵站供水量不够泵站和水塔间用户的用水量时，必须由水塔供给一部分水量，这时情况类似于对置水塔。网中水塔管网1.3、工程案例（1）工程概况 某长距离输水工程，输水线路全长76.8km,分三级扬水，设计流量0.33m3/s,中间无分水要求。沿管线高程变化如示意图。（1） 布置方案一：水泵、重力联合供水 3级提水，设3个高位蓄水池池1 二泵站一泵站 三泵站池2 池3（2） 布置方案二：水泵供水 3级提水，设1个高位蓄水池二泵站一泵站 三泵站 池3方案二数据（3） 方案比较方案一 优点： 高位蓄水池有一定的调节作用 水泵加压供水与重力供水结合，利用重力流输。（2）缺点： 增加2个高位水池，工作量增加。 水泵扬程较方案二高2.3 方案比较方案二：（1）优点：工程量小（少两个高位蓄水池）一、二泵站供水管路形成虹吸，正常运行时水泵的扬程减小。（4） 方案二运行中可能会出现的问题讨论1）水泵起动时，水流要越过高点，水泵扬程达到最大，比正常运行扬程要高的多。2）停机时高点真空破坏阀打开，形成断流。空气会进入管道，下次开机时，管道中的空气能否完全排除？可能会造成什么后果？3）如果在高点设压力水箱，能起到什么作用？1.4 输水方式选择小结（1）高位水池的设置设置的目的和作用是否有调蓄功能的要求工程投资和运行管理等方面分析比对（2）水泵加压与水泵、重力联合供水方案 结合具体的工程问题，采用多方案比选，才能得到较优的方案。2、长距离输水管道水锤防护问题2.1 水锤的概念2.2 泵站水锤的种类 启动水锤 停泵水锤 事故停泵水锤2.3 泵站水锤的危害大战场泵站管道爆裂红寺堡二泵站管道2.4 水锤分析计算简介（1）水锤分析计算方式 图解法 简易水锤图解法 水锤特征线法（电算方法）（2）水锤特征线法模型 常规计算模型（不考虑水锤断裂现象）（3）水锤断裂模型简介（3）水锤断裂模型简介2.5 泵站水锤防护问题泵站设计规范GB50265-2010规定9.4.2事故停泵水锤防护的主要内容包括以下几方面：（1）防止最大水锤压力对压力管道及管道附件的破坏；最大压力一般控制在1.3-1.5倍额定工作压力。主要考虑一是经济性，二是防护措施。（2）防止压力管道内水柱断裂或出现不允许的负压； 不允许出现水柱断裂，负压值一般不超过2m。超过2m应设真空破坏阀。（3）防止机组反转造成水泵和电动机的破坏； 机组倒转转速不超过额定转速的1.2倍，持续时间不超过2分钟。（4）防止流道内压力波动对水泵机组的破坏。2.6 水锤防护措施(1)防止降压过大的措施 减小管道中流速 合理布置管线 设置进排气补气阀 布置：高点，管道凸起点； 间距：0.51.0km 口径：主管道的1/4 1/8 设置调压室(调压塔、调压池、调压水箱等) 设置惯性飞轮空气阀(进排气补气阀)单向调压塔（2）防止管道内升压过大的措施安装缓闭阀 高扬程泵站普遍采用的一种水锤防护措施，可以起到一阀多用的目的。 两阶段关闭阀门可以减少水锤压力，减小机组反转速度，又能动水启闭，有一阀多用的特点。快关角度：65 75装设过压保护阀（水锤消除器）取消逆止阀两阶段关闭蝶阀泵出口两阶段关闭蝶阀蓄能罐式液控蝶阀2.6 工程实例狼布掌泵站高沙窝三级泵站2.7、长距离输水工程水锤防护有关问题探讨1、管道产生负压的问题 规范规定（7.3.2），管顶线宜布置在最低压力坡度线下，压力不小于0.02MPa。 当负压达到2.0m水柱时，宜装真空破坏阀（9.4.3条文说明）。 个人观点：工程中很难满足这一要求。2、进排气补气阀以消除管道负的看法 （1）进排气补气阀在长距离输水管道中必不可少，所起的作用非常大。（2）装了进排气补气阀，也不一定能将管道中产生的负压完全消除。2.8 长距离重力输水有关问题探讨（1）工程中的爆管问题红墩子煤矿供水工程西吉应急供水工程（2）供水流量达不到设计要求盐环人饮工程（3）问题的主要根源管道中的气体没有排出去（4）现场试验及理论分析相关资料15米高水柱，压力极大，管道产生振动，引发泵站爆管，造成水量和能量的浪费红寺堡二泵站管道红寺堡二泵站管道裂混凝土镇墩包封最后只能将二泵站出水管出口附近用混凝土镇墩包封，才暂时解决了开机爆管问题现场实验 7号机、8号机在出水塔附近并联，实验开启7号机，在8号机输水管道2号镇墩、5号镇墩上装DN250进排气阀 理论上，依照复合式进排气阀的排气性能表，在出水管上安装2个DN150的排气阀，完全可以排除管道中的空气 2011年11月3日第二次实验在出水管道上安装了5个排气阀，其中DN250排气阀2个，DN150排气阀3个。空管开机情况下，出水管口喷水问题仍然没有得到解决 但第一次现场实验结果表明，管道上安装2个DN250的排气阀仍然没有解决管道出水管口的喷水问题现场实验 7号机、8号机在出水塔附近并联，实验开启7号机，在8号机输水管道2号镇墩、5号镇墩上装DN250进排气阀 1.排气阀工作情况：水开始倒流量时开始排气2.出水管口喷水情况：喷水高度与没装排气有所降低，间歇喷水，共喷5次。从开到喷水结束时间10分钟。水到并联点时间5分钟。3.实验结果分析 按城乡建设行业标准，当公称通径为DN200，压差0.035MPa时，排气时11800m3/h（3.278m3/s）。排完空管中的空气需要293秒（约4.88分钟），DN250的排气阀需要的时间会更短 实际上，1号排气阀持续排气10分44秒，2号排气阀持续排气21分钟理论上，依照复合式进排气阀的排气性能表，在出水管上安装2个DN150的排气阀，完全可以排除管道中的空气 2011年11月3日第二次实验在出水管道上安装了5个排气阀，其中DN250排气阀2个，DN150排气阀3个。空管开机情况下，出水管口喷水问题仍然没有得到解决 但第一次现场实验结果表明，管道上安装2个DN250的排气阀仍然没有解决管道出水管口的喷水问题 t=20、100、1000、1400、1760、1800秒时刻下管内液相体积分布情况F=0 F=1由于重力作用水趋于管道底部流动，气体浮于管道上部流动，最终形成弹状流气体不断被压缩，表面张力减小，弹状流过渡到塞状流，水流速减小，同时管内会出现一些泡状流 气、水流速均有减小，在重力分离效应下气和水存在明显而光滑的交界面，形成分层流气泡的碰撞与聚结使泡状流过渡到弹状流，气相流速不断增大在气液相界面产生扰动波，形成波状流 流动充分发展的后期，气体聚集在管道上部，管内大部分被水占据，形成单相流此时流动充分发展，气体流速继续增大，在与水的交界面出现波浪和撕碎现象，分层流过渡到弹状流 可以看出，泡状流、弹状流、塞状流、分层流和波状流间的过渡比较频繁2.9长距离重力输水预防爆管的建议（1）按相关规定设置进排气补气阀数量、位置（2）做好充水调试各项工作充水流速控制排气阀工作情况检查是否管道充灌水 停止充水后，根据现行给水排水管道工程施工及验收规范（）要求，继续满管保压，若试验管道全段未出现异常状态，则表明调试试验成功。（3）开阀、关阀时间控制2.10 水锤防护小结（1）做好规划设计工作 线路选择、构筑物布置、管道流速等（2）两阶段关闭蝶阀的选用 高扬程泵站必不可少的设备之一,注意要根据泵 站情况，合理确定阀门的操作程序。（3）进排气补气阀的合理布置、类型、口径的选择（4）长距离有压重力输水 空管开机充水、阀门的关、开操作程序 短期停水时，关闭管道末端阀门，保持输水管道的灌流状态。应避免关闭上游阀门放空管道。（5）其他新设备、新技术、新材料的应用 超压保护阀、多功能水力控制阀等