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烏魯木齊市大西溝管道引水工程水錘防護(hù)設(shè)計(jì)

文檔作者：張玲文檔來源：水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月30日
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上一篇：新大線管道雜散電流干擾的分析與防護(hù)

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水利水電技術(shù)第47卷2016年第3期
烏魯木齊市大西溝管道引水工程水錘防護(hù)設(shè)計(jì)
張玲
(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830000)
摘要：為了解決烏魯木齊市大西溝引水工程因管線長、落差大而發(fā)生水錘破壞的問題，通過不同防
護(hù)設(shè)備性能比較，結(jié)合水力瞬變計(jì)算和水錘方案比選最后得到合理的水錘防護(hù)方案。結(jié)果表明，通過
在管線上布置空氣閥、三級緩排空氣閥、集氣罐、超壓泄壓閥(安全閥)及管道末端調(diào)流消能閥關(guān)閉
時(shí)間的控制，可有效地保證管道運(yùn)行安全。
關(guān)鍵詞：長距離引水；水錘防護(hù)；關(guān)閥控制；超壓泄壓閥；大西溝引水工程；新疆
doi：10．13928／j．cnki．wrahe．2016．03．010
中圖分類號：TV672．2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1000—0860(2016)03．0036—03
Design of water hammer prevention for Daxigou Pipeline Water Diversion Project in Urmchi
ZHANG Ling
(Design，Investigation and Research Institute of Water Resources and Hydropower of Ministry of Water Resources and Xinjiang
Uygur Autonomous Region，Urumehi 830000，Xinjiang，China)
Abstract：In order to solve the problem form the water hammer damage caused by the long-distance pipeline and large water head
of Daxigou Water Diversion Project in Urumchi，a reasonable water hammer prevention scheme is finally obtained through the
comparison made among the performances of various prevention equipment in combination with the calculation of hydraulic transi—
ent and the comparative selection of the water hammer scheme．The msult shows that the operation s如ty of the pipeline can be
effectively ensured by arranging air valve，slow exhaust valve and air collector along the pipeline as well as the control of the clos—
ing time for the regulation and energy dissipation valve installed at the end of the pipeline．
Key words：long·distance water diversion；water hammer prevention；valve closing control；s如￡y valve；Daxigou Water Diversion
Project；Xinjiang
隨著城市用水規(guī)模的不斷擴(kuò)大，長距離輸水工程
日益增多，水錘對輸水工程安全生產(chǎn)嚴(yán)重影響。大落
差重力流壓力管道輸水易關(guān)閥過快產(chǎn)生水錘，現(xiàn)有對
重力流水錘的防護(hù)方案有：(1)合理布置空氣閥；
(2)控制關(guān)閥時(shí)間；(3)超壓泄壓閥；(4)關(guān)閥時(shí)間+
超壓泄壓閥。為保障城市供水及供水安全，做好水錘
防護(hù)是長距離壓力管道工程安全的關(guān)鍵。本文對上述
水錘防護(hù)措施及其組合對大落差重力流方式的影響，
對大西溝管道引水工程水錘防護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)的比較研
究，研究成果為其提供技術(shù)支持。
1 工程概況
1．1工程區(qū)位置
大西溝管道引水工程位于烏魯木齊河大西溝水庫
36
下游石門子渠首至烏拉泊水庫河段上，為烏魯木齊城
市供水工程。管道全長43．2 km，地形總落差676 Ill，
從上游石門子渠首至下游烏拉泊水庫區(qū)間，以“串糖
葫蘆”形式布置4級消能減壓設(shè)施，同時(shí)在第二級引
水管道末端留有向西山水廠的分水口。
1．2供水規(guī)模
大西溝管道引水工程夏季最大引水規(guī)模為1 10萬
m3／d，對應(yīng)設(shè)計(jì)流量為12．8 m3／s，冬季最小引水規(guī)
模為8．64萬ITl3／d，對應(yīng)設(shè)計(jì)流量為l n13／s。
1．3管線參數(shù)
大西溝管道引水工程全線采用四級壓力分區(qū)，
收稿日期：2016．01—05
作者簡介：張玲(1977一)，女，高級工程師。
Water Resources and Hydropower Engineering％L 47 No．3
萬方數(shù)據(jù)
每級管道后部均接消能減壓設(shè)施，各級引水管道管
材采用PCCP管+球墨鑄鐵管組合方案，靜水壓小
于等于1．0 MPa以下采用PCCP管，靜水壓大于1．0
MPa以上采用球墨鑄鐵管。一至四級引水管道長分別
為10 533 m、13 958 m、7 590 m和8 530 m，一、二
級管徑為2．4 m，三、四級管徑為2．2 m。尾部引水
管道長1 432．028 m，最大靜水壓力39 in，管徑2．2
m，其中樁號尾0+000一尾1+432．028采用1．0 MPa
的PCCP管道，尾部引水管道末端設(shè)置檢修閥室。
1。4工程特點(diǎn)
大西溝管道引水工程的特點(diǎn)是總的水頭落差大，
上、下游落差676 m，單級壓力高(靜水壓力值173
m、水錘壓力值242 m)，同時(shí)該工程中采用的2．4 m
管徑允許工作壓力為2．5 MPa的球墨鑄鐵管在全國范
圍內(nèi)首次應(yīng)用。大西溝管道引水工程中的引水管道在
該工程中是首要防護(hù)部位，在運(yùn)行中應(yīng)防止閥門的錯(cuò)
誤操作產(chǎn)生水錘破壞，所以要對整個(gè)管道布置防止水
錘產(chǎn)生的防護(hù)設(shè)備。
2水錘防護(hù)設(shè)計(jì)
2．1 水錘防護(hù)設(shè)計(jì)依據(jù)
《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)工程技術(shù)規(guī)程》
(CECS 193--2005)中規(guī)定“水錘防護(hù)措施設(shè)計(jì)應(yīng)保證
輸水管道最大水錘壓力不超過1．3—1．5倍的最大工
作壓力。”故本文水錘分析最大壓力不得超過1．3倍
最大工作壓力。《水及燃?xì)夤艿烙们蚰T鐵管、管件
和附件》(GB／T 13295--2008)中規(guī)定：“最大允許工
作壓力(即設(shè)計(jì)承壓能力)=1．2 X允許工作壓力(即
靜壓)”。
球墨鑄鐵管糙率n一般可取0．012、0．013、
0．014，PCCP管n一般可取0．011 5、0．012、0．013，
隨著n值降低，管道水頭損失減小，關(guān)閥所引起的壓
力波動(dòng)越大，因此應(yīng)采用最不利工況進(jìn)行水錘分析，
結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，球墨鑄鐵管和PCCP管n統(tǒng)一取
值為0．012。
2．2設(shè)備的比選
在該工程中可用的水錘防護(hù)設(shè)備有空氣閥、超壓
泄壓閥(安全閥)、集氣罐、箱式雙向調(diào)壓塔、調(diào)流
消能閥等，由于本工程管線分為四級，所以在每級管
道上都布置一個(gè)箱式雙向調(diào)壓塔造成工程投資增大很
多，同時(shí)管線布置與烏魯木齊河距離較遠(yuǎn)，對于箱式
調(diào)壓塔的溢流出處不好布置，所以在該工程中采用空
氣閥、超壓泄壓閥(安全閥)、集氣罐、調(diào)流消能閥
等設(shè)備進(jìn)行水錘防護(hù)設(shè)計(jì)。
水利水電技術(shù)第47卷2016年第3期
張玲∥烏魯木齊市大西溝管道引水工程水錘防護(hù)設(shè)計(jì)
3水錘防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)布置和運(yùn)行工況分析
3．1 水錘防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)布置
大西溝管道引水工程中各級管道的水錘防護(hù)計(jì)算
相同，本文針對管線最長、管徑最大、靜水壓最大的
二級管線展開詳細(xì)論述。
本工程落差大，水錘分析重點(diǎn)是事故關(guān)閥后，管
線高壓控制、管線負(fù)壓控制等。根據(jù)該工程管線距離
長、落差大等特點(diǎn)及以往工程經(jīng)驗(yàn)對空氣閥位置進(jìn)行
校核，為做好水錘防護(hù)及初次通水安全工作，建議全
線設(shè)置23處空氣閥(不包括調(diào)流消能閥前后空氣
閥)，其中20處復(fù)合式空氣閥，3處三級緩排式空氣
閥(具有緩排功能)，同時(shí)在每個(gè)空氣閥與管道連接
處設(shè)置集氣罐?？諝忾y位置如圖1所示。
3．2水錘防護(hù)運(yùn)行工況分析
將各工況下水錘模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，如表l
所列。分析可知，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)二級管線末端檢修閥關(guān)
閥時(shí)間為2 min或5 min時(shí)，全線最大壓力(自由水
頭)均小于1．3倍最大工作壓力；閥前(檢修閥)壓力
波動(dòng)范圍較小。因此，2 min和5 min關(guān)閥時(shí)間滿足
水錘防護(hù)要求，關(guān)閥時(shí)間越長，產(chǎn)生的水錘壓力波動(dòng)
越小。
經(jīng)過上述多工況模擬計(jì)算結(jié)果，建議將各級管
線各工況下關(guān)閥時(shí)間設(shè)為統(tǒng)一值，最小關(guān)閥時(shí)間為
2 min。該關(guān)閥時(shí)間下，管線承壓能力滿足瞬態(tài)運(yùn)行
要求。
4水錘防護(hù)結(jié)論
4．1 水錘防護(hù)設(shè)備分析及建議
4．1．1 空氣閥
(1)數(shù)量及選型。根據(jù)該工程管線距離長、落差
37
㈣∞ 2 ∞ 4∞
位 置
∞
閥
蛐號
氣
樁
空
啪
線
“
級 管
啪
二
㈣ 4
圖
O 2
萬方數(shù)據(jù)
張玲∥烏魯木齊市大西溝管道引水工程水錘防護(hù)設(shè)計(jì)
表1水錘模擬計(jì)算結(jié)果
壓力包絡(luò)線閥前壓力
管工關(guān)閥時(shí)間
線況最大壓力最小壓力最大壓力最小壓力樁號 樁號 ／min
水頭／m 水頭／m 水頭／m 水頭／m
13+958 214．94 5．43 O 4-282．37 214．96 】3】．74 2
工13+950 199．69 6．00 0+282．37 199．71 139．76 3
況
一
13+958 192．53 6．28 0+282．37 192．55 139．76 4
13+958 188．39 6．40 0+282．37 188．40 139．76 5
13+958 192．43 6．38 O 4-282．37 190．96 155．30 2
二工13+958 184．77 6．6l 0+282．37 184．78 161．41 3
級況
¨ 13+958 181．56 6．72 0+282．37 181．57 163．57 4
13+950 179．79 6．79 0+282．37 179．79 163．57 5
13+958 177．46 6．99 O+282．37 175．96 170．02 2
工13 4-958 175．76 7．00 O+282．37 175．77 171．63 3
況
u 13+950 174．93 7．Ol O+282．37 174．93 171．74 4
13+950 174．43 7．02 0+250 174．42 171．82 5
大等特點(diǎn)及以往工程經(jīng)驗(yàn)對空氣閥位置進(jìn)行校核，為
做好水錘防護(hù)及初次通水安全工作，建議全線設(shè)置
23處空氣閥(不包括調(diào)流消能閥前后空氣閥)，其中
20處復(fù)合式空氣閥，3處三級緩排式空氣閥(具有緩
排功能)。
(2)口徑。全線空氣閥密度約為700 m設(shè)置l處
空氣閥，該布置密度較大。根據(jù)規(guī)范及數(shù)值模擬分
析，本工程宜選擇DN250空氣閥。為避免空氣閥出
現(xiàn)事故時(shí)管道排氣困難，建議并聯(lián)空氣閥，即每處設(shè)
置2個(gè)DN200空氣閥。
4．1．2集氣罐
原方案計(jì)算水錘防護(hù)時(shí)集氣罐
高度在150 mm和0．5D(管道直
徑)之間，口徑為DN800，通過計(jì)
算集氣罐高度調(diào)整為1．1 m，口徑
為DN700。
4．1．3超壓泄壓閥(安全閥)
《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)
工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)定“超壓泄壓閥一
般應(yīng)設(shè)在泵站出水總管起端、重力
流輸水管末端的關(guān)閉閥上游?！币?
此，經(jīng)計(jì)算分析建議在各級減壓消
能設(shè)施前設(shè)置超壓泄壓閥，作為水
錘后防護(hù)，以保證管線運(yùn)行安全。
4．2 防護(hù)設(shè)施的使用效果分析
水錘防護(hù)設(shè)施主要包括空氣閥、三級緩排式空
氣閥、集氣罐、超壓泄壓閥及末端的調(diào)流消能閥，
在以上設(shè)備都正常運(yùn)行的情況下，通過對不同流量
下對應(yīng)的不同糙率分別進(jìn)行計(jì)算，最終的計(jì)算結(jié)果
表明，2 min和5 min關(guān)閥時(shí)間滿足水錘防護(hù)要求，
關(guān)閥時(shí)間越長，產(chǎn)生的水錘壓力波動(dòng)越小。建議將
各級管線各工況下關(guān)閥時(shí)間設(shè)為統(tǒng)一值，最小關(guān)閥
時(shí)間為2 min。該關(guān)閥時(shí)間下，管線承壓能力均滿
足瞬態(tài)運(yùn)行要求。
(責(zé)任編輯郭利娜)
(上接第35頁)
設(shè)立防洪工程中心管理站，負(fù)責(zé)流域管轄的防洪點(diǎn)建
設(shè)期的相關(guān)事宜。各縣及團(tuán)場分別設(shè)立防洪工程管理
總站，負(fù)責(zé)其建設(shè)期的相關(guān)事宜。水庫管理所下設(shè)防
洪工程管理站，負(fù)責(zé)其建設(shè)期的相關(guān)事宜。
(2)運(yùn)行期管理機(jī)構(gòu)。自治區(qū)防洪辦、喀什地區(qū)
防洪辦和塔管局，都有權(quán)利和義務(wù)對葉爾羌河流域防
洪工程的管理工作進(jìn)行檢查、指導(dǎo)和監(jiān)督。各直接管
理機(jī)構(gòu)對以上機(jī)關(guān)的指示和指令，應(yīng)積極做出反應(yīng)，
改進(jìn)管理工作，確保工程的安全及其效益的正常發(fā)
揮。
(3)管理措施。工程搶險(xiǎn)措施：根據(jù)《葉爾羌河
防洪預(yù)案》，在汛期根據(jù)《葉爾羌河防洪公約》規(guī)定第
五條“防洪工程負(fù)擔(dān)原則：當(dāng)工程防護(hù)對象為某項(xiàng)水
利或其他工程安全為主時(shí)，應(yīng)以所防護(hù)的工程受益比
例為主來負(fù)擔(dān)，當(dāng)防護(hù)對象為社會性質(zhì)的城鎮(zhèn)、農(nóng)村
等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)由工程所在地政府組織所在地社會力量
共同承擔(dān)本項(xiàng)防洪工程的義務(wù)，應(yīng)該由受益的灌區(qū)各
縣承擔(dān)防汛義務(wù)”。其他保障措施：葉爾羌河防洪后
勤保障系統(tǒng)包括預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)、通信電力系統(tǒng)、交通
運(yùn)輸系統(tǒng)、物資供應(yīng)系統(tǒng)、后勤保衛(wèi)系統(tǒng)、衛(wèi)生防疫
系統(tǒng)、新聞報(bào)道系統(tǒng)。上述系統(tǒng)應(yīng)在建設(shè)和運(yùn)行期逐
步建立和完善。
5結(jié)語
葉爾羌河是新疆洪水峰最大的一條河流，防洪問
題困撓當(dāng)?shù)囟嗄?。葉爾羌河做為新疆第一條全流域防
洪整體實(shí)施的河流，在新疆防洪工程中具有典型性。
本工程的實(shí)施將使葉河防洪標(biāo)準(zhǔn)由不到兩年一遇提高
到20年一遇，極大提高整體防洪標(biāo)準(zhǔn)，減少了防洪
危害，減輕農(nóng)民的防洪負(fù)擔(dān)。對灌區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會穩(wěn)定
發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)對下游生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提
供了保證。
(責(zé)任編輯郭利娜)
水利水電技術(shù)第47卷2016年第3期

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