消除长距离输水管道水锤压力的措施_陈汉宁

文章编号:1007-2284(2009)06-0085-02消除长距离输水管道水锤压力的措施陈汉宁(深圳市水务规划设计院,广东深圳518008)摘要:深圳市是以境外水源为供水主要水源的缺水城市,深圳市的供水系统比较复杂,以清林径引水调蓄工程为代表的长距离引水工程旨在调节深圳市年内和年际水资源分配不均衡状况,长距离管道和多级提升泵站产生了输水工程的水力过渡计算难题。通过对该工程设计中布置的空气阀、旁通管、调压井、缓闭止回阀、水泵开关参数和电气设计原则等水锤防护措施进行复核验算分析,提出了长距离输水工程水锤防护措施设计的一些注意问题。关键词:输水工程;水锤;压力分析;防护措施中图分类号:TV5文献标识码:B收稿日期:2009-05-14作者简介:陈汉宁(1971-),男,高级工程师,深圳市是一个本地水资源严重短缺的城市,一直以来,深圳市的供水水源中,本地水资源只占总供水量的30%左右。因此,深圳市的供水水源主要依赖于东江水源。深圳市本地水源的可用量、深圳市水量及东江水源年内和年际分布不均,尤其是东江水源用户众多,开发利用率高,因此,深圳市从东江取水量受东江流域年内和年际的丰枯变化影响较大。加之深圳市本地已有调蓄水库调蓄库容不足,难以满足城市正常供水的要求,迫切需要增加本地调蓄库容,并利用这些调蓄库容在丰水期多蓄水,以增加枯水年份或枯水期的供水量,达到提高城市供水保证率的要求。清林径引水调蓄工程为上述措施的其中一项工程。调蓄工程利用现有东江水源工程和东深供水工程的分配水量及洪水期的富余能力,在丰水期间引水蓄于清林径水库,当深圳市遭遇特殊枯水年份或突发应急预案时,可由清林径水库向全市各个地方供水。1工程概况清林径引水调蓄工程共有2个输(供)水线路:一是通过龙口二期泵站提水至龙口水库,由龙口水库自流至龙清泵站,再由龙清泵站提升至清林径水库;另一途径是由坪地取水口经东江供水水源工程自流至东清泵站,再由东清泵站提升至清林径水库。其中龙清线路输水规模为60万t/d,线路全长12.8km。除龙口水库有1.43km的隧洞外,其余均为管道,管径为2200mm,在桩号11+578处设分水口供水至猫仔岭水厂,管径1600mm。龙清泵站直接从管中取水,从输水线路末站设“Г”形岔管接各水泵进水管。东清线路与龙清线路类似,但工况较龙清线路简单,因此只论述龙清输水线路的水力过渡过程分析情况。2水锤防护措施(1)龙清水力系统。龙清输水线路共有2个功能:一是输水功能;二是为供水功能。取水口与清林径水库之间存在较大的距离和高程差,沿程地形不适宜建设高位水池。以提升泵站为基准,泵站前面布置长约11.37km的管道,管道经过的路段地形高低起伏,市政设施众多,管道布置相当困难,造成管线纵向高程变化不甚规则。泵站后面布置有长约1.43km的隧洞,隧洞出口为清林径水库。泵站出口高程与水库水位最大高差约21m,考虑充分利用水库水头,节省运行费用,泵站直接从管道中取水,不设开敞式前池,泵站出口连接隧洞,压力输水。实际运行过程中,存在水泵开启和系统突然掉电情况,进而引起管道局部压力升高和产生负压的可能,这些过高的正压和负压都有可能破坏供水设施而引发事故。各输(供)水节点高程及流向关系如图1所示。图1龙清输水线路各输水节点高程及流向关系(单位:高程m,流量万t/d)(2)管道及泵管水锤防护措施设置。针对龙清输水线路长,工程具有双向输水,工况多,地形条件复杂,管道布置起伏变化大,泵站节点运行工况条件多等特点,在设计时考虑了几种水锤防护措施。主要包括泵站前管道高点沿途设置了18个85中国农村水利水电·2009年第6期空气阀、隧洞中间设置1个调压井、泵站出水管处设4个缓闭止回阀、泵站进出管道设旁通管等设施,同时还考虑在电气设计时强制要求水泵启动为顺序开启模式,以控制管道最大正压和负压,及水泵事故失电时,水流倒转引起的泵机反转和水栓分离现象。3水力过渡过程分析为了确保工程运行安全,进行了水锤防护措施的布置后,按照工程的输水调度运行原则和方案,结合龙清输水工程的建筑物及各项设施布置,设计时采用了多种方法对龙清输水管线的水力过渡过程进行了复核计算。复核计算的几个重点内容包括:(1)对管道沿程空气阀的布置位置、排气量、数量等进行复核,根据复核结果进行空气阀的优化布置。(2)验证线路设置调压井和不设置调压井情况下管线水锤压力变化,进而提出设置调压井的优化方案。(3)通过对泵组同时启动和顺序启动的复核,验算水泵启动工况的启动参数以及吸水管负压情况,同时提出优化进水管控压措施和调度方案。(4)验证泵组事故停机工况下,原泵站出水管缓闭止回阀闭的初始设置的合理性。(5)对正向供水期间猫仔岭水厂分水口的调度和操作规律进行复核,确定这些调度和操作规律对管线压力的变化影响及其应对措施。(6)泵站进出水管道之间的旁