隧道消防管道爆管产生的原因分析

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摘要：本文以工程实例分析隧道消防管道内水压会出现不正常的反复现象；当达到临界点时，就会发生爆管，爆管的瞬间，气体和水的状态都从高压状态恢复到低压状态，分子之间释放出势能，转化为瞬时动能，这个瞬时动能形成的危害是非常大的。

关键词：隧道；消防网管；爆管原因；分析

中图分类号：TU976+.5文献标识码：A

1 隧道消防管网爆管原因分析

隧道消防管网中的气体主要有2部分，一部分是管网未充满水时原来存在于管道中的；另一部分则是溶于水中的气体在流动的过程中不断地析出的。

当向空的管道内注水时，原来存在于管道中的气体，尤其是在管道转折处，由于管阻作用无法迅速传送而被急剧压缩，形成短暂的高压气体。在运行过程中，高压气体会向2个方向释放压力，一种是向管道下游传送，继续压缩管道下游气体，加速排气装置的排气速度，这种压力传送在排气顺畅时，不会对管网造成损坏；另一种就是反作用于来自管道上游的水，由于气体的可压缩特性，导致水与气体反复相互冲击，冲击力造成管道震颤，震颤程度与注水速度、注水压力成正比，达到一定程度时就会使管道变形、错位，直至固定装置失效，继而在管道薄弱处发生爆管。

另一方面，溶于水中的气体，在管道内流动过程中不断地从水中析出，形成气泡上升到管壁，气泡在水的推力作用下顺水流向前运动。在管道上坡段，由于浮力的作用，气泡流速大于水流速，小气泡沿管壁一定宽度向前平行流动，经过最高点的排气装置时，管道内的大部分气泡有条件排出，由于管壁处的紊流、流速和切线特性，使一些小气泡越过排气装置顺坡而行向下游流去，其运动方向与气泡所受浮力的分力方向相反，这个浮力合力产生的阻力，使气泡运动的速度减慢，后续气泡撞击前面气泡而形成大气泡，气泡越大产生的浮力也越大。随着气体越积越多，水的过流截面缩小，气体被压缩，产生强大压能，容易使管道产生跑冒滴漏甚至大面积爆管。

以上2种结果重则可使管道内的气压超过管材许用应力临界点，发生爆管；轻则会使管道出现压力不稳现象，并造成一系列管道压力达标的假象，影响正常施工、验收、运行的判断。

无论是爆管还是管内压力不稳，都对消防管网的正常运行带来极大隐患，并影响到隧道的交通安全，必须准确分析判断，及时消除。

2 隧道消防网管实例分析

某隧道全长5.02km，隧道内消防管网最高点与最低点高差达130m，隧道外供水管路采用对焊法兰连接，隧道内采用沟槽式连接，在进行管道试压与试运行时，先后6次发生因管道内气体造成的事件，其中比较典型的是因管道内存在气体造成的压力不稳和爆管。

2.1 试压时管道压力始终不达标

2.1.1 事件过程：隧道引线分段试压时，加压泵工作2.4h，管道内压力不上升。

2.1.2 事件分析：试压段长800m，高差24m，试压压力为1.2MPa，全段检查，无渗漏处，检查最高处的消火栓箱内的放水阀，有水放出，无气体排放现象。分析试压过程：试压时先是把管网内的水注满到一定程度，再用加压泵注水，使管内压力达到试压压力；注水时主管道内的部分气体向上游流动并经排气装置排出，部分气体进入支管并被压缩，通过人工操作箱体内的放水阀排出管道；试压时施工人员从下游开始逐个从箱体内的放水阀开始放气，直至有水放出再关闭放水阀，至此，通常被认为管网内的气体已经排净，却往往忽视了试压段最高端的支管与试压泵接口段的气体，如在试压接口处没有装设排气装置，气体是无法排放的，只能被压缩；经现场测量，此段管长2.1m，松开打压泵接口，有高压气体排出，压力表指针急剧下降，反复此过程后，压力表指针下降程度减小，因此分析认为此问题为管道内气体排放不净造成。

2.1.3 处理方法及效果：改装试压盲板，在盲板上引2根管出来，一上一下，上管加装一排气阀，下管与加压泵相接，在注水过程中，各消火栓箱内的放水阀正常放气，同时盲板上管的排气阀也要打开，直至有水放出，再关闭开始加压。经此改装，此类现象再没出现过，同时加压速度也加快了很多。

2.2 试运行期间管网压力不稳

2.2.1 事件过程：隧道内管网注水2d，压力达到设计要求，高位水池水位平稳保持在2.5m线上，不再下降；但一夜之间，大部分管道压力下降，部分管段压力下降为零，开启阀门，无水放出；检查水池，水位下降至0.5m，水泵自动启动。最初认为有人用水，调出施工段录像，无用水现象，再注水至压力稳定后，第2天再次出现类似现象，安排人员进行全程铺地式检查所有接口，发现有2处漏水点，但处理后，现象依旧。

2.2.2 事件分析：经计算用水量发现，2座500m3的水池，全满状态下要注满近50km的管网(其中2.4km为DN250管道，46km为DN200管道，其他为DN150与DN100管道)，加上水泵蓄水时间需要注水5d，扣除减压阀调整时注的水，在管网不漏水的前提下，最少也要3d才能确保管网内水满。在漏水点造成此现象的因素排除后，问题的关注点开始集中在管道内的气体排放问题上，为了加速气体的排放，操作人员都是打开消火栓头进行排气，发现有水流出并有压力时就关闭栓头，理论上应该说气体已经基本排净；现场抽取两减压阀间一段进行检查试验，把管网水注满，压力表达标，关闭2个减压阀，在上游减压阀下方第1个阀门处打开放水，水压正常，但临近阀门压降不正常，速度过快，关闭放水阀门，再次注水至压力表达标，阀门全开放水，发现喷出物为水气结合物，多次进行类似放水过程，试验管段压力开始恢复正常，关闭保压24h，管网压力下降至符合规范要求。至此表明，此次事件也是由于管网内气体未排尽，导致试压过程中表压达标假象。

2.2.3 处理方法及效果：由于隧道内已经有车辆通行，不能进行大面积放水，同时也考虑到水泵的运行要求，采取了不断注水、不断排气的方式，管网初步注满后，进行一次排气，第2天检查，有压力下降时再进行注水再排气至压力恢复正常，经过一周的时间，管道压力完全恢复正常状态，没有出现反复现象，抽取几处阀门放水，再注水观察24h，压降符合规范要求，问题排除。

2.3 检修时管道爆管，阀门井破裂

2.3.1 事件过程：高位水池出水管道在维修完毕开始注水时，发生爆管现象，爆管前均发生了强烈的管道震颤，并伴有剧烈响声，随即发生爆管，管道固定装置双道U型管卡全部损坏，并将下游隧道口阀门井冲垮。

2.3.2 事件分析：上游阀门井至隧道口阀门井管路长约1200m，管道为DN250内外涂塑钢管，井内设DN250手动涡轮闸阀，此段管路敷设在山上，有多处转折点，最高处均安装有自动排气装置；管道连接方式为对焊法兰连接，每2m一个管道支墩，每个支墩上有立体框式8×80角钢支架，每个支架用双道u型管卡固定管道，隧道口阀门井内的三通为转换法兰连接，并设两个支架固定，符合设计要求；事故发生后，管卡全部松动，螺纹被拉平，转换法兰与阀门井壁被损坏。

分析认为：此问题为操作人员操作不当，放水时阀门打开过快，水池相对隧道口标高为96m，压力很大，当阀门打开过快时，带压力的水迅速在管道内全截面下涌，检修点处在管道转折点处，转折点是气体最容易积存的地方，积存的气体在很短的时间内被迅速压缩到管道转折点，注水时气体因无法顺畅排出而被迅速压缩；由于气体的可压缩性，当气压过高时，通过转折点向下扩散的压能在三通处受到制约，因此大量的压能就反冲向下涌的水，致使压缩气体与压力水发生间断性的强烈碰撞与冲击，从而产生强烈震颤与声响，导致固定装置失效，转换法兰与阀门井壁损坏。

2.3.3 处理方法及效果：放水时缓开阀门，使水流不能占据管道的全截面，降低水流速度，使管道内的气体慢慢地汇集到转折点处或最高处从排气阀中排出，当最高点排气阀出水时，表明管道内已无气体，水已充满，此时可以将阀门全部打开。经此处理后，未再发生此类爆管现象。

3 结语

管道内气体是在正常施工和正常运行状态下最易导致爆管现象产生的因素之一，也是最危险的因素之一，但只要了解气体在管道内造成爆管的原理，及时采取相应的措施，就可以避免爆管现象的发生。

参考文献

[1]王雄华.消防管道水压试验事故的处理[J]. 石油工程建设.2001,8.