长途输水管线的压力调节分析

工程概况：某市输水管线起点为水库输水隧洞出口，终点为市区新建净水厂，全长约200公里，采用重力有压流输水方式，建设一根DN2200输水管道。输水管道主要管材为预应力钢筒混凝土管（PCCP），在穿越河流、铁路、公路以及地形较为复杂的地段采用钢管。输水管线起点和管线末端净水厂内分别设置了流量计，在管线沿途和净水厂入口处共设置了三处流量调节阀，在管线沿途设置了两座稳压井。输水管线沿途穿越较大河流三次，穿越铁路五次，穿越公路七次，穿越市区道路三次。

1、基本参数。输水管线全长约180公里，其中DN2200PCCP管130公里，DN3200钢管约500米，DN2200钢管约50公里。设计流量47.741万m3/d。全线设有各种阀门共计273个，其中排气阀221个，减压阀3个，检修蝶阀27个，排泥阀22个。全线设置39个测压点，目前6个投入使用。全线总容水量67.16万m3，因全线分段水压试验后已要求将管内剩余水量排出，因此管线充水量按总容水量考虑。管线排气由组合式空气阀完成，活塞式调流调压阀完成压力和水量调节工作，由水锤或异常情况产生的高压由调压井进行溢流泄出。

2、准备工作。主管线上的所有检修蝶阀和调压阀全部打开，并保证所有连通管支管上的检修蝶阀处于关闭状态；排泥放空阀全部关闭；排气阀全部打开；压力监测专人负责记录。

3、管线充水过程。输水管线的充水过程分为灌水和升压两个阶段，按照管线的控制阀和调压阀的设置位置将其分为四段，在水库出口处、管线起始端、第一号调流调压阀、第二号调流调压阀、水厂稳压井处设置观察节点，充水过程分别叙述如下：（1）灌水过程。管线的灌水是通过管线起始端的手动蝶阀控制，同时将沿线三台调流调压阀和水厂进水阀门打开，让水流进稳压井证明管道畅通；接着再将水厂稳压井前的调流调压阀逐步减小开度保证末端水流通常和气体排出，故关闭水厂进水阀使整个引水管线充满；而后缓慢打开水厂的进水阀，强调两点：①灌水速度要加以控制。灌水阶段的目的是赶走管道内的气体，验证管线通水性能，保证满管流。②开关阀门时要严格按照两阶段开关要求，关阀门的前一段可以快一点；后一段关阀一定要缓慢均匀，每关一圈都要停一下。（2）升压运行。待稳压井水位达到一定高度后，缓慢将第三号调流调压阀门关闭几度，每次关闭按照上述两阶段开启阀门要领操作，并保持稳压井水位在一定高度。同时，缓慢打开管线起始端手动蝶阀，此时管道保持一定水流，而管线末端连续向水厂稳压井供水，由于灌水流量大于出水流量，因此管道逐步由末端向始端逐步充满，第一阶段未排气的排气阀此段按照高程顺序从低到高依次全部排气，待最高点排气阀排气完成，全部管线将被灌满，此时管线内部压力向本段管线最高点自由液面看齐。

4、附属设备的作用。管线上的排气阀是十分重要的附属设备，它保证在运行中气体可顺利排出。排气阀的作用就是在充水及运行过程中将气体赶出管道，避免管内骤然升压。设计规范要求排气阀的位置应设在管线的较高点，考虑到管线低凹处积气因两端都是充实水柱而无法排出，所以在管线平直段、坡度较缓段也要安装排气阀，一般每隔500―800m设置1个。另外，排气阀的排气能力也是影响安全运行的重要因素，有些传统排气阀在高压气体的冲击下或管道排空时阀球被卡住而无法正常排气。因此将原来的老式排气阀更换成组合式空气阀高速排气阀，经现场运行效果十分理想，排气迅速、排气量大，有效地杜绝了爆管的发生。此外，在管线上还设置了调压井，其工作原理是：按照预先设定压力标准，将调压井设置在调流调压阀后，如果管道中心压力超过设定的压力，调压井会立刻泄水，这样可以有效地泄去压力、削减能峰，保证管道正常运行；一旦压力小于设定压力，泄水自动停止，调压井的设置缓解了压力波动对管道的影响。

5、水库运行对管线的影响。水库水向重力流管线供水运行中，水量、水位的变化都可能影响到管线的安全运行。应均匀地调节进、出水量，不能突然增大或调小阀门的开启度，否则容易造成水锤或容易造成管道断流排空导致排气阀进气而发生爆管。另外，在春季水库解冻时应密切注意水位变化，避免因水位变化带来的管线压力突变。

6、运行对管线的影响。该输水管线采用重力流供水。在水库水面与水厂稳压井水位最高压差约为140M，这对管线安全运行造成了极大的威胁，容易发生爆管事故。同时，运行期间水量调节次数较多，压力变化幅度较大对管线的正常运行有很大影响。鉴于此，在管线分别安装了三台调流调压阀。该阀门能有效降低出口端压力，保证了进口端和出口端压力恒定，使管内压力因稳定而不产生大的能量波动，主要起到了保护管线稳定运行的作用，调节水量的同时降低了高压对管线的危害。

7、其他因素对管线的影响。输水管线上采用的PCCP管在实际运行中抗内、外压的效果较好，不必做内、外防腐，接口处均采用柔性接口而抗震、抗弯能力强，在地下水位较高和土质不佳处采用了特殊的地基处理方法，这些因素都保证了输水管线的安全运行。

8、通水停止过程。试通水过程结束后通过调整调压阀的开度将管线末端出水量均匀降低，如需完全停止管道运行则将调压阀完全关闭，此过程中相应增大2号调压阀和1号调压阀的开度，使第一段水位维持在258―278米之间，2号稳压井水位维持在219―239米之间。为防止冬季管道内结冰对沿线设备造成破坏，同时防止管道内水质污染，可维持管道内最低流量0.4m3/s。

9、管线重新启动过程。管道完全停止运行后重新启动时，首先调整3号调压阀在30分钟内将管线末端出水量增加至0.4m3/s，然后将出水量调整到所需流量，此过程中相应增大2号调压阀和1号调压阀的开度，使1号水位维持在258―278米之间，2号稳压井水位维持在219―239米之间，并检控沿线测压点，保证所有测压点水头大于3米。

（作者单位：哈尔滨供排水集团有限责任公司）