高扬程水泵小起伏长输水管线水锤防护方案优选案例分析
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摘 要：本文通过对四种方案进行事故停泵有水锤防护设备模拟，计算结果可知只有方案三不满足水锤防护要求，其他三种方案满足水锤防护要求。最终通过技术比较确定在水泵出水口母管安装一个气压罐和水力式止回阀，气压罐和止回阀配合使用增加管道水锤防护安全性，即使其中一个失灵另个还可以缓解水锤危害，能提高供水安全性，而且气压罐体积相对不大又可节省成本。
关键词：长距离输水 高扬程 停泵水锤 两阶段缓闭止回阀
1.引言
高扬程水泵小起伏长输管线工程的特点是扬程高，管线静压大，易发生重大水锤事故，是对现有水锤防护设备的重大考验。该发电厂供水工程输水管道水锤防护是在安装空气阀的基础上在水泵出口处设置两阶段缓闭止回阀，通过两阶段缓闭止回阀的快关和慢关来进行水锤防护，但是通过模拟多种关阀方案，全线最大压力（自由水头）均未超出正压上限（1.3倍承压能力），但局部管线负压仍未缓解，不满足水锤防护要求，所以该类工程如何科学合理、经济的组合水锤设备是该工程研究的重点。
2.工程概况
本工程采用浮船泵站取水，经一体化净化间处理后，由一级加压泵站加压送至高位水池，再由高位水池重力自流至电厂贮水池。本工程近期输水流量为0.056m3/s，远期输水流量为0.095m3/s。输水管线总长度约为78km，其中加压段管线的长度约为71km，水泵设计扬程为675m，管径为DN450mm，管材为涂塑钢管；自流段管线的长度约为7km，管径为DN300mm（5.5km）、DN350mm（1.44km），管材为钢管。
3.1方案一（气压罐+两阶段缓闭止回阀）
水泵出水口母管安装一个气压罐，气压罐体积30m3，充存压力为5500KPa，连接管口径250mm，链接管长度不大于10m。在各水泵出口安装两阶段止回阀，关阀分为两阶段，第一阶段关阀时间5s（全开80%），第二阶段关阀时间10 s（80%全关）。进行事故停泵有水锤防护设备模拟，计算结果如图1可知满足水锤防护要求。
3.2方案二（调压塔+两阶段缓闭止回阀）
在桩号5 8+ 0 8 0、5 9 + 5 2 0、63+305、67+530四处设置调压塔，其中58+080、59+520纱Φ牡餮顾直径为3m，63+305、67+530两处直径为4m。在各水泵出口处安装两阶段缓闭止回阀，第一阶段关阀时间5s（全开80%），第二阶段关阀时间10s（80%全关）。进行事故停泵有水锤防护设备模拟，计算结果如图2可知满足水锤防护要求。
3.3方案四（气压罐+水力止回阀）
在水泵出水口母管安装一个气压罐，气压罐体积8m3，充存压力为5500KPa，连接管口径为250mm，连接管长度（气压罐连接口至水泵出水母管）不大于10m。在各水泵出口处安装水力式止回阀，止回阀随水倒流而自动关闭。进行事故停泵有水锤防护设备模拟，计算结果如图4可知满足水锤防护要求。
4.方案优选
下面分析比较方案一、二、三、四。方案一：水锤防护效果较好。气压罐设置在泵站附近，管理方便。由于水泵倒流时间变短，需要两阶段缓闭止回阀关阀时间很短，但超出普通两阶段止回阀关阀时间范围。若使用两阶段缓闭止回阀配合气压罐方案，则需气压罐体积提高，成本增加。使用气压罐和两阶段缓闭止回阀即“双重保险”提高了水锤防护的安全性，其中一个防护设备拒动，另一设备可以起到一定的水锤防护作用。该方案安全性较高。方案二：地形易限制调压塔的设置，调压塔位置所需地势相对较高、体积大、成本较高，并且需要考虑冬季保温等问题，不利于管理，但水锤防护效果较好。单向调压塔只能防负压，不能防正压。故不建议采用此方案。方案三：最小水锤压力不满足要求。且规范建议水泵扬程20m以上应采用缓闭止回阀，本方案中快速关闭止回阀无缓闭功能，不满足规范非强条要求。压力波动预止阀的动作值设置灵敏度对水锤防护效果影响极大，防护性差。方案四：水锤防护效果最好。气压罐和止回阀配合方案可以弥补方案一中气压罐体积过大的缺点，同时提高供水安全性。由以上分析建议采用方案四。
5.总结
高扬程水泵长距离输水管路系统在设置气阀基础上通过设置各种水锤防护设备进行全线事故停泵水锤防护模拟，本文通过四个方案比较选用气压罐和止回阀配合的方案，气压罐和止回阀配合使用增加管道水锤防护安全性，即使其中一个失灵另个还可以缓解水锤危害，能提高供水安全性，而且气压罐体积相对不大又可节省成本，可供类似工程参考。
参考文献：
[1]陈立志，李秀琦，梁伯雄，等.气压罐在长距离输水工程中水锤防护特性研究[J].黑龙江水利.2015（1），21-23.
[2]董玉娥.大流量大高差重力流输水过程的水锤防护研究[D].长安.长安大学，2014.