市政管道水锤防护安全技术

摘要 当今社会城市化的趋势导致用水且急剧增加，人口急剧增长，工业设施快速膨胀，导致需水量急速增加。使城市原有供水设施出现严重的问题，水锤防护系统设置不当形成的爆管，通过分析管道选择及防水锤设备选择提出水锤解决方案。

关键词 水锤防护系统；爆管；管道；解决方案；安全技术

中图分类号TU99 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0127-02

管线水锤是形成爆管的主要原因，会造成巨大的社会影响和政治责任。经济损失重大并引发各种问题。水锤防护系统仅占约引水工程投资额的3%，如果品质不良影响巨大。

1 水锤防护系统设置不当形成的爆管

1.1 水锤的定义

水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波，就象锤子敲打一样，所以叫水锤。水流冲击波来回产生的力，有时会很大，从而破坏阀门和水泵。

“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。

1.2 爆管原因

管线水锤是形成爆管的主要原因，会造成巨大的社会影响和政治责任。由于国内无专业水锤防护设备生产厂，只由各综合阀门厂兼顾生产，由于此产品须结合整体管线水锤计算及水锤防护技术，故品质及技术服务存在很多问题；水锤方案提供商均提供水锤防护计算及完整的方案，可以计算何时、何位置，出现多大程度的水锤，使用何形式的水锤消除设备。所以可靠性较高，且有很多重大引水工程应用案例。

1.3 爆管案例

1.3.1宝鸡九年11次爆管

宝鸡市冯家山水库引水工程1999年建成后，主管道辫裂三次。2003年爆管一次。2004年爆管一次。2005年，主管道爆裂，冲出的水柱高达7米多。2007年8月，再次爆管，市区80%的地区供水中断。 2007年9月又爆管一次，造成市区大面积停水。2008年2月4日，输水主管道发生第九次爆管，12月10日又发生第10次爆管。 l2月10日又发生第11次爆管。

爆管原因是严重超压所致。B标段地形属于两高一低地段，极易使管内出现水锤、气锤，没有安全运行的防爆装置。因为空气阀品质及设置原因，空气排除效果不佳，压力不断升高，导致超过管材承受的杭裂压力，导致爆管事故发生。

1.3.2 双鸭山一年三次爆管

双鸭山引水工程2004年建成后， 2005年管道爆裂三次。至2007年仍无法通水，造成大量的经济损失和社会影响。至2008年虽勉强通水，但仍存在极大的安全隐患。

爆管原因是工人操作不规范，在进水过程中开关阀过快，并且采用了快速出气的空气阀，品质欠缺，造成了局部压力过大。应采用缓闭静音型的空气阀；另外，由于采用了玻璃钢管材，承压较低，在管线开挖过程中造成多处损坏，每次爆管都在修补处漏水；采用低端的减压阀调流，噪声极高，极易发生间题应选用专用的调流阀；2008年12月由哈工大进行水锤计算后正在进行改造。

2分析水锤极端的压力

极高及极低的压力；压力波动可能达到设计的极限，破坏水泵，管道及阀门；低压易造成水管可靠性及卫生隐患会吸入不卫生的水造成污染。

2.1 分析可能发生的不良条件

水锤、低压、汽蚀口、破坏密封、水管爆裂、水泵回转。

2.2 如何进行水锤分析

2.2.1进行精确的数学分析

使用相关的微积分及数学公式；分析较为困难；需要考虑众多的数据；结果准确性差。

2.2.2 使用水锤分析软件可进行精确的分析

北京水科院水锤分析软件；以色列ARI公司的ARICAD软件；美国肯塔基大学PIPE2000水锤分析软件；哈工大水锤分析软件；其他经验证的水锤分析软件。

2.2.3 分析管道选择及防水锤设备选择

调压井及缓冲罐；压力波动预止阀及空气阀。

3 控制水锤的方法

控制水锤的设备：调压井、气压罐、排气阀、压力波动预止阀。

3.1重要的是知道引起瞬时水锤压力的原因

突然增加及减少的水流速度：

H = （ c/g） V

阀门关闭时，降低水流速度压力增加；冷水泵开启时，高的扬程柱状分离及汽蚀会产生更大的水锤能量。

3.2 直接作用法

针对最初的设计进行修正；改变设计参数：流量、速度、压力；改变操作过程中的参数：水泵速度控制、阀门操作形式控制；改变设备性能参数：具有防水锤性能的控制阀、快速关闭的止回阀、变频水泵、调速叶轮；调整总体规划；调整管道设计以减少水压波峰及波谷值；使用隧道穿越山谷而不是使用钢管翻山；管道性能；使用更结实的管道，可有效解决高低压力带来的危害。

3.3 转移法

高低压均可带来水锤危害；调压塔可以安全地吸收高压及低压的水锤波；空气阀可以减少低压带来的危害；压力波动预止阀可减少高压带来的危害。

4 水锤防护解决方案

在管道坡顶处设低压缓闭大量排气、高压微量排气的缓闭静音型进排气阀。如在寒冷地区，必须采用防冻型排气阀（如ARI之D-035型）。在管道坡顶处设并大量进气的真空吸气阀。如在寒冷地区，必须采用防冻型真空吸气阀（如ARI之D-133型）。在管道中间段设置大量排气型空气阀。须有缓闭静音排放功能。在道路及制井不方便的位置设置地埋型空气阀。在水泵出口设置压力波动预止阀。

5结论

水锤控制是给水管道系统设计的一项重要内容。在日常维护维修中要按照设备的操作规程，并定期进行人员技术培训，包括水力学简明知识，水锤特点和防护基础知识，各类设备的结构原理、作用、操作、维护管理方法和要求等。从而提高设备的运行效率，减少事故的发生。

参考文献

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