长距离输水管道充水方式的探究

长距离输水管线水锤防护案例分析

长距离输水管线水锤防护案例分析发表时间：2019-05-28T15:55:26.500Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：马晓未 [导读] 我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。河北省水利水电勘测设计研究院摘要：长距离输水管线的水锤防护分析主要包括事故停泵以及提升泵站启泵时的管线水锤防护。输水管线的水锤防护方案有多种选择，但对于长距离输水管线，选择一个积极有效的水锤防护方案以抵抗瞬时产生的压力是一个很大的挑战。结合实际工程，论述了长距离输水管线水锤防护的建议以及水锤防护装置的防护效果，可供类似工程参考借鉴。关键词：长距离输水管线；水锤；水锤防护我国水资源匮乏，而且空间分布不均，为了满足高速增长的城市用水量需求，许多长距离输水管线得以建造。当输水管线的稳态条件发生变化时，例如水泵断电、水泵开启或者是阀门关闭时，都会产生水锤现象。输水管线的水锤分析以及防护方案的选择，应在输水工程设计阶段完成。如果没有首先建立瞬态的水力模型，水锤对输水管线的影响将会很难被预测。因此笔者针对我国长距离输水管线工程的现状和特点，选取了平坦地区和大坡度长距离输水管线2种典型工程实例论述了输水管线的瞬态水力分析以及水锤防护建议。 1水锤的原因 1.1管材与施工质量影响传统供水管道材质通常情况下，都是灰口铸铁管。此种管材不仅具有非常大的脆性，而且整体强度比较低，这就导致管体组织疏松，无法消除气孔。给水管道使用期间，不仅受到横向受力，也会受到外力振动，这就使得给水管道需要承受很大的应力，久而久之，就会出现纵向破裂。我国老城市供水管道铺设已有五、六十年，管道材质老化严重，导致管道爆漏多。在施工时，由于沟槽开挖未能达到标准、管道焊接和施工人员的个人问题也会造成水锤的隐患。 1.2应力作用应力是由覆土压力、水压、温度变化、不均匀沉降等产生的环向拉应力、环向弯曲应力、温差纵向拉应力、纵向弯曲应力或承口开裂应力。（1）水压轴向应力：σ水压=μ·σh???σh=PD/2σ （2）温变产生的轴向压力：σ温变=E·α·（t1-t2）（3）不均匀沉降产生的压力：σb=ii·Mi/Wi （4）许用应力：［σ］=K·φ·σs 地基沉降应力和温变应力是造成管道爆漏的主要应力因素。 1.3气囊与水锤水力学分析表明，管道输水期间，因为管道并不是真空，因此水并不是连续的，相同介质的流体。如果给水管道运输距离比较长，则水流速设计通常都不会太大，此时管道中的空气同城都是以气囊形式集中在管子上部。如果管道起伏比较多，气囊通常位于管道凸起点，而如果给水管道起伏不大，则气囊存在着形式就比较分散。如果水流倒流，管道中的空气可能会由于负压出现，水蒸气而随之流动，很多气体由此被压缩到管道顶部，而受到水流影响，最后分成一个个气囊，气囊在管道中不断运动，使得管道内部出现了比较强烈的压力振荡。管内压强不断提升，管壁持续受到冲击，一旦超过管材承受能力，管道就会损坏。压力变化值：?P=ρ·c·（?v） ?P—-压力升高值???????????ρ—-水的密度 c—水击波传播速度??????????v—水流速度变化值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。水锤效应只和水本身的惯性有关系，和水泵没有关系。 1.4腐蚀硫酸盐还原菌是厌氧腐蚀的诱发根源，微生物往往是局部附着。金属的表面所被附着的部位难以与氧气接触，进而产生氧浓差电池致使附着物下面的金属被强烈地腐蚀。与此同时，好养细菌在代谢作用的过程中也会消耗大部分的氧气而造成氧浓度差异，进而也产生氧浓差电池。耗氧量大的区域相对于其他区域而言为阳极，使得集体产生局部腐蚀，阴极去极化作用则是腐蚀中的关键步骤，相关腐蚀反应式为：硫酸盐还原菌阴极去极化作用公式为： SO42-+8H→S2-?+4H2O 腐蚀反应产物：Fe2+S2-→FeS 腐蚀反应产物：3Fe2++6OH--→3Fe（OH）2↓ 总反应式：4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe（OH）2+2OH- 通过硫酸盐还原菌活动所产生的硫化亚铁、硫化氢以及细菌氢化酶为阴极反应提供所需的氢，并决定了阴极去极化与金属腐蚀的速率。 2水锤实例分析与处置 2.1某市水锤事件分析 2010年11月，位于山海关古城内，1995年铺设的铸铁管DN300配水管网暴漏。原因分析：经现场查看，多数管网是由于管网年久老化以及管材材质脆裂和气候环境变化后地面下沉导致了该管网断裂。 2012年10月，由山海关向啤酒厂的城市供水管网PE管材DN500发生突发暴漏。经现场勘察，是由于管网附近有施工队伍施工，在不了解地下设施情况盲目施工，导致用挖掘机挖土方时触碰到管网，造成管网损坏。原因分析：上述暴漏属于人为造成，因施工方未按照城

长距离输水管道设计中应注意的的重要问题

长距离输水管道设计中应注意的重要问题［摘要］长距离管道输水是解决水源分布不均衡的有效措施之一。目前，长距离输水管道设计中存在着诸多问题。在保证安全性的前提下，应进行合理选材、管路设计、管道防腐、沟槽支护、等，同时要符合经济性的要求。本文就长距离输水管道设计中应注意的问题进行了讨论。［关键字］长距离输水管道管路设计优化一、输水管道系统设计区域供水是一个系统工程，在满足主要供水目标100%供水量的同时，需要对途径的水源匮乏地区进行给水分流，确保供水效率的最大化。现代长距离输水管道多采用双管供水，在其中一条管道出现故障时，另一条管道作为备用，以满足70%以上供水量的要求。二、输水方式选择综合考虑当地的自然环境和社会经济条件，在保证水质和水量的前提下，选择合理的长距离输水方式。早些年的输水工程，大多利用天然地形，采用明渠（槽）开挖的形式。随着全球气候的变化，生活污水和工业污水对环境的污染日益严重，明渠（槽）以及天然河道输水不仅不能保证给水量，同时在输送途中也易受环境的污染。因此，现代输水工程多采用长距离封闭式的专用管道输水模式。输水方式分重力流和压力流两种，在地势条件允许的情况下，应充分利用自然水头，尽可能采用能耗更低、更经济的重力流输水模式。对于不得不采取压力流的情况，应进行管道水锤防护设计，确保管道不会因内部压

力骤变而损坏。三、管线选择输水管道担负着将源水送往城市的输水任务，管线长，投资大，因此，在选择管线时应根据下列原则确定： 1、是应尽量做到线路短、起伏小、土石方工程量少、造价经济、少占农田或不占农田； 2、是管线走向的位置应符合城市规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护； 3、是尽可能地减少拆迁； 4、是应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区； 5、是管线应充分利用水位高差，当条件许可时优先考虑重力流输水； 6、是管线应考虑近远期结合和分期实施的可能。四、管道材料的选择及保护长距离输水工程大口径管道的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋砼管(PCP)和预应力钢筒砼管(PCCP)、玻璃钢管等，下面就这几种管材分别论述： 1、钢管钢管应用历史较长，范围较广，它的强度高，管材和管件易加工，管厂建设周期短，特殊地段(如顶管、过河段)一般都采用钢管，但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，与水泥压力管相比，造价较高。大口

长距离输水管线设计

长距离输水管线设计摘要：介绍长距离输水管线的设计原则、设计特点及设计人员在设计过程中应注意的问题。关键词：长距离；输水管线；设计 Design for Long Distance Water Pipeline ZHANGJingHANYi-chen (CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co. Ltd. Jilin Design Institute, Jilin132002，China) Abstract: Design principles and characteristics of long distance water pipeline were introduced. Points for attention of designer in designing were expounded. Key words: long distance；water pipeline；design 目前越来越多的新建大型工艺装置，按城市统一规划要求远离城镇居民聚居地，从而导致其距水源地较远，需要长距离输水，来保证装置的安全用水。以下是对长距离输水管线设计的一些体会。 1．长距离管道输水工程的特点输水距离长，沿途地形条件比较复杂，压力流输水管线有升有降，起伏不平。根据管线布置要求和运行要求，管路需要安装许多附件，如排气阀、泄水阀、连通阀等。 2．长距离输水管道设计 2.1长距离输水管线路径选择（1）管线路径应尽量做到线路短，起伏小，土石方少，造价经济，少占农田。（2）走向和位置应符合城市和工业企业的规划要求，并尽可能沿现有道路和规划道路敷设，便于施工和维护。（3）应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区，并应避开滑坡、塌方以及易发生泥石流和高侵蚀性土壤地区。（4）管线路径的选择还应考虑近远期结合和分期实施的可能。

长距离输水工程的管材选用

长距离输水工程的管材选用 1、可选管材的种类 1.1 钢管钢管应用历史较长，范围较广，输水工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。螺旋焊接钢管采用卷板，利用螺旋管焊接生产线一次成型。国内已可生产DN2540mm螺旋焊接钢管。螺旋焊管受加工工艺影响，管材存在较大残余应力，这部分残余应力与管道运行期间工作应力组合后，降低了管道承受内压的能力。另外，螺旋焊接管的焊缝较直缝焊管的焊缝长，这就意味着薄弱环节多，可靠性差。但由于输水工程管道内压一般不算太高，即使螺旋焊接管存在上述问题也不影响其应用。 1.2铸铁管按材质可分为灰口铸铁管和延性铸铁管，由于灰口铸铁管口径不大、材质不稳定，因此事故较多，在输水工程中基本不采用。延性铸铁管也称为球墨铸铁管，其强度比钢管大，延伸率也高出10%.另外，现有些厂家生产的球墨铸铁管没进行退火处理，称为铸态球墨铸铁管，其材质的性能除延伸率低于球墨铸铁管外，其余性能指标均与球墨铸铁管相似，价格也低，应用也较多。 1.3 预应力混凝土管按生产工艺分成两种，一种因加工工艺分为三步，通常称为三阶段预应力混凝土管；另一种方法是一次成型，通常称为一阶段管。预应力

混凝土管因加工工艺简单、造价低、较适合我国的经济状况而应用普遍。但管材制作过程中存在弊病，如三阶段管喷浆质量不稳定，易脱落和起鼓；一阶段管在施加预应力时不易控制（特别在插口端部），且因体积重量大造成运输安装都不方便，使其应用受到了限制。预应力混凝土管口径一般在2000mm以下，工压在0.4～0.8MPa.口径大、工压高的工程应用时要慎重。 1.4 预应力钢筒混凝土管PCCP 这是一种钢筒与混凝土制作的复合管，管心为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm钢筒，在管芯上缠绕环向预应力，采用机械张拉缠绕高强钢丝，并在其外部喷水泥砂浆保护层。该管的特点是由于钢套筒的作用，抗渗能力非常好。管子的接口采用钢制承插口，尺寸较准确，并设橡胶止水圈（单胶圈或双胶圈），因而止水效果好，安装方便。预应力钢筒混凝土管的管径一般为DN600～3600 mm，工作压力为0.4～2.0MPa，其中DN1200mm以下一般为内衬式，DN1400mm以上通常为埋置式。PCCP管材的行业标准已颁发，设计规范与工程建设标准已在编制，其应用前景广阔。 1.5 玻璃纤维增强热固树脂夹砂管（玻璃钢管）玻璃钢管的特点是强度较高，重量轻，耐腐蚀，不结垢，内壁光滑阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他材质管道水头损失小、节省能耗。玻璃钢管的连接也采用承插式，并设置胶圈，安装很方便。玻璃钢管相对而言壁薄，为柔性管道，对基础与回填要求较高。玻璃

长距离输水水力计算

长距离输水管道水力计算公式的选用 1．常用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西（DARCY ）公式： g d v l h f 22 **=λ （1）谢才（chezy ）公式： i R C v **= （2）海澄－威廉（HAZEN-WILIAMS ）公式： 87 .4852.1852.167.10d C l Q h h f ***= （3）式中h f ------------沿程损失，m λ―――沿程阻力系数 l ――管段长度，m d-----管道计算内径，m g----重力加速度，m/s 2 C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，m Q ―――管道流量m/s 2 v----流速 m/s C n ----海澄――威廉系数其中大西公式，谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式，在国内外被广泛用于管网系统计算。三种水力计算公式中，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。 2．规范中水力计算公式的规定 3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：表1 各规范推荐采用的水力计算公式

4．公式的适用范围： 3．1达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式，该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流。公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出。舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F.COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10-6 m 2/s,适用于旧钢管和旧铸铁管,紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式 )Re 51 .27.3lg( 21 λ λ +?*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000

长距离输水管的要求

长距离输水管的要求（水利方面）一、管材及接口输水干管穿越公路时，管道水平及垂直转弯段弯管为钢管，其余采用顶应力筋混凝土管．橡胶圈柔性接口。预应力混凝土管0+000—9+000选用0.8MPa,其余均采用0.6MPa。阀门附件与管道采用法兰连接。管道水平、垂直转弯处设置支墩，镇墩，硷采用c15 。二、施工放线施工单位以建设单位移交的控制桩及桩号、水准桩及桩号为依据，进行管道轴线的定位放线，校对轴线高程及管线长度，遇弯道处测出实际管轴线转角，经建设单位和设计单位验线后方可开挖．分区段的定位放线必须要控制轴线、高程的准确和统一，自检、复检合格后方可进行下一道工序。三、基槽开挖基槽按设计断面开挖，以区段内设计管道中心线，基底高程为控制，不允许超挖。如出现超挖，应用与基料土相同的土料回填，并夯实至原土95%以上密实度．本设计管道直接座于原土上，要求管基包角为120 度，如有间隙，可有粗沙垫实．可采用机械挖土，但应在设计基底上留有200mm以上的保护层，管道按装前人工清理并夯实至设计标高，并保证原状土层不被扰动。管基包角及承口部位应局部挖成槽坑。坑深度及大小应．与承口外形相适应。施工中如出现土质差异较大或遇有淤泥等异常悄况。应及时报告建设单位和设计单位．进行基础处理后方可进行下一道施工工序。管道穿越建筑物时，由方工草位、建设单位和设计单位现场处理。雨季及有地下水情况时，应有降排水措施，基坑内不允许有积水，以达到干燥施工。遇有水沟、河道、卤渠或地下水位较高情况时，据现场情况由建设单位、设计单位和施工单位三方现场确定排水降水方案及基础处理措施。四，管道安装管道安装要求按反水流方向自下而上及承口向前的原则进行施工．管道安装前应清除管道表面浮土和各种杂物，进行外观标志的复查，清理承口、插口工作面及密封圈上粘连的杂物。管道的起吊及移动应缓且平稳，为防止碰坏承插口，待管道插口移至已装承口前300mm时，应用方木支在两管之间。对口时，应使插口端与承口端保持平行．并便两端面圆周圈间隙大致相同，嵌入硬木塞，以控制间隙的改变，管道安装可使用内拉或外拉等方法。每节管子安装完成后，立即用专用的量具从管壁内侧的对口间隙处检查密封

长距离输水管线设计优化思考袁培骏

长距离输水管线设计优化思考袁培骏发表时间：2018-02-03T17:27:00.430Z 来源：《基层建设》2017年第31期作者：袁培骏1 于睿2 [导读] 摘要：随着城市的不断发展，人们的生活和工业发展对输水管线的要求越来越高，特别是一些长距离的输水管线，在设计和施工的时候需要更加细致和全面才能发挥作用和效果，为人们的生活中提供便利，也更好地推动社会的发展。 1、身份证号码：32068119900209XXXX； 2、身份证号码：36062219910513XXXX 摘要：随着城市的不断发展，人们的生活和工业发展对输水管线的要求越来越高，特别是一些长距离的输水管线，在设计和施工的时候需要更加细致和全面才能发挥作用和效果，为人们的生活中提供便利，也更好地推动社会的发展。本文主要以某原水管线改造工程为例，对长距离的输水管线的设计优化工作进行思考，具体从管道净距、泄水井阀门设置、连通阀井设置等方面进行开展，从而使得输水管线的安全稳定运行得到有效的保障。通过本文的研究可以形成实际参考成果，为其它长距离输水管线的设计和优化提供理论参考。关键词：输水管道；泄水井；连通阀井；水锤一、工程概况在本次所研究的案例当中，该线的原水管线是一个改造工程，具体来说要把暗涵改造为输水管，并且充分考虑当地市政道路的改造工程来开展整体改造工程的建设。该水厂的原水输水管线主要在一级加压泵站沿着规划的道路从北这个方向向着南边进行双排预应力钢筒混凝土管的敷设。在敷设中，要将其敷设至东线中，然后再沿着东线敷设到水厂的配水井处。在实际操作中，管道的敷设线路总体长度为18km，所设计的输送原水规模是27万m3/d。由于本工程是一种长距离的输水管道工程，所要开展建设的内容包含着输水的管道、加压泵站、附属设施和管道附件等等。在这个工程当中的管道正好在非机动车道的下方，而这个管道的明开段中心间距则在3米左右，顶管段的中心间距则达到了3.4m。在原水管方面，要采用单排的模式沿线进行泄水井的设置，一共设置9座泄水井和38处的空气阀门，并且要注意在管道转角的地方进行支墩的设置。二、管道净距对于输水管线设计来说，为了能够有效使得输水保证率得到提高，在这个项目的管道中可以使用双排布置的方式。对于管道间距影响的因素具体包括着运行的安全、方便施工和运行时的检修等，并且需要经过技术经济比较之后进行确定。根据我国所颁布的关于城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规范中的具体规定，遇到两条输水管道并行的时候，要尽量使得其中的间距能够确保在事故的状况下可以进行安全的运行。结合我国颁布的给水排水管道工程施工及验收规范可以得知管道在开展并行布置的时候，它的最小净距可取800mm这个数值[1]。从安全的角度出发进行考虑可以得知，两条输水管道在并行铺设的时候，它的间距应该确保其中一条输水管道出现事故受到冲刷的时候，剩余的另一条输水管道依然可以进行正常的运行，不会使得整个输水系统都处于瘫痪的状况。基于这样的要求，就会使得长距离输水管线在设计和优化的时候，需要使得管道净距处于很大的状态。在通常情况下，它的表现为是在道路的两侧进行布置。在本文的工程当中，所遇到的工程管道直径比较大，它的覆土厚度超过了2m。对于管道间距来说，这个距离越大，那么土方的开挖量就会越高，因此所需要的投资也比较高。在这样的情况下，需要在确保整体输水安全性的前提下，尽量使得管道之间的距离得到有效地缩短，并且在管道的施工方面实现同槽施工。这样的处理一方面既可以有效地使得投资得到降低，又可以使得作业面得到减小，尽量降低工程对周边环境的所产生的一些不良的影响。在具体的实施过程当中，对管道施工来说，管道一般使用双胶圈承插式的密封接口来进行处理，然后通过水锤来开展模拟工作，从而完成对空气阀门的尺寸和布置位置的合理确定，从而使得输水管线的稳定运行得到有效地提高。对于长距离输水管线的设计和优化来说，影响输水管道安全稳定运行的因素是多种多样的，不同的因素它的重要程度不同，一般来说主要包括管道的地基处理、水锤的防护措施、管道的接口等。对于输水管线的运行来说，它所出现的事故一般都是由于水锤所引起。如果所采取的水锤防护措施比较得当，那么就能有效地避免压力出现陡升，导致爆管的现象出现或者在负压的状态下，管道的接口橡胶圈被严重破坏。三、泄水井阀门设置对长距离的输水管线来说，是高点设置排气阀门的状态，同时低点设置泄水井。在里面，一般泄水会由阀门井，也就是我们常说的干井和排泥湿井来共同组成。排泥湿井是连接着市政的雨水管网，并且在排除水管里面所存在的沉淀物和检修工作开展的时候要对空水管里的存水进行放空。在长距离输水管线设计和优化的工程当中，比较常见的阀门设置方式需要结合实际的需求来探讨。对于泄水井来说，它的井运行次数比较少，因此它的阀门一般会在事故的工况下或在管内的泥沙得到排除的时候再进行开启操作。一旦这个阀门没有办法进行正常的启闭，就会出现检修困难的情况。此外，在不关闭连通阀的情况下没有办法对阀门进行更换。结合工程项目的实际运行状况，在本项目的优化方案体提出之后，需要在阀门的井内进行两个蝶阀的设置，然后使得这两个蝶阀在双法兰限位伸缩接头连接的帮助下完成后续的操作。在一般情况下，里面的1号蝶阀是处于常开的状态的，遇到需要对空管道进行放空的时候，再对2号阀门进行开启。如果2号阀门没有办法进行启闭的时候，可以对1号阀门进行关闭，并且对2号阀门开展整体的检修或者更换工作[2]。在很多时候，两个蝶阀同时出故障的几率是非常小的，因此这样的一种处理方式可以比较有效的使得输水的保证率得到提高。与此同时，蝶阀所占空间的比较小的，在启闭操作上比较方便，因此它的存在不会显著地使得阀门井的尺寸增大。四、连通阀井的设置在本文所探讨的工程当中，原水管道要进行平行敷设，在管道之间会进行连通阀的设置，从而使得输水保证率得到提高。在连通阀井的设置当中，一般会在事故检修的时候可以按照具体要求的流量和末端水压来开展供水的操作。根据现有的研究可以发现，连通阀的具体位置和阀门之间的距离在整个工程的安全和可靠运行方面的意义是非常重大的[3]。对于这个工程的输水管线来说，它的原水管沿线穿越了高铁、河流、高速公路和公路的主干道，并且从地理位置上来说它处在在建筑密集区域。综合分析发现这里并不具备明开槽的施工条件，因此需要使用顶管的方式，在路段当中进行检修阀井的设置，使其能够在输水安全性的提高方面发挥作用。对于顶管段的连通阀门的布置方式来说，它在设置和使用上主要充分地利用顶管的基坑来作为支撑，并且使用“井中井”的施工方式来进行处理，把阀门井及连通阀门设置在大井里面，然后在大井里面进行梁柱的设置。在这种处理方式当中，一般它的上部仅仅会出现阀门井检修口，在井下部是互通的，并且有着较大的检修和通行的空间。五、结语

长距离输水管道工程的设计要点分析

长距离输水管道工程的设计要点分析现代社会中城市规模变得越来越大，大型城市、超大型城市、卫星城市群等城市类型正成为城市建设的主流。城市原有附近的水源已经远远满足不了城市发展建设的需要。长距离输水管道工程正成为城市解决用水困境的主要方法。本文主要从设计环节的关键节点出发，研究分析相关技术问题。标签：长距离；输水管道；工程；设计要点新世纪以来，国家为解决西北部地区大型城市的用水困难，开展多项长距离输水管道建设，以此来缓解大城市用水荒和西北部地区气候干旱缺水的困境。长距离输水管道建设在改善居民生活质量，促进城市发展建设、维护地区生态环境上发挥了重要作用。一、长距离输水管道工程的方案设计（1）长距离输水管道途经的地质地理环境比较复杂，有山川河流、公路丘陵等，也可能遇到沼泽、湿地等特殊的地质情况，所以在长距离输水管道工程方案的设计中，要坚持科学、安全、合理、性价比高的原则，结合地质地貌的实际情况做好输水方案的设计工作。（2）输水管道的输水方式主要有两种，一种是重力输水，从高处引水，利用地势的自然高差，进行输水。一种是加压输水，由于水源地地势较低，需要加压后进行原水的输送。在长距离输水管道建设中，经常采用的是这两种方式相结合的办法。要充分考虑地形地貌的变化，既发挥重力输水节约成本的优势，又要考虑管理上的难度，不要舍近求远，在管理里程上增加过多的成本。（3）在加压输水时，要结合输水管线的长度、自然地势高差情况以及地形因素的影响，做好工程施工方案的前期设计工作。如果输水管道起、终点高差较大的情况下，可不仅仅采用单级输水的方式，这种方式会带来水泵扬程、功率过高，输水管道承压等级增大，从而提高工程建设投资，同时也会增加输水管道沿线管件压力等级，增大管线建设及维护成本。在这种情况下，建议考虑多级加压输水方式，为长距离输水管道进行分阶段增压，这样不仅可降低水泵扬程及功率，同时可降低管道承压等级，节省投资。二、长距离输水管道工程的线路设计（1）选择输水管道的输送线路，要尽量选择线路长度短，途中地质地理条件较好的路线。避免因为沿途的地势起伏过大，需要增加土石工程建设工作量，增加投资成本。要尽量选择避免穿越农田、林地等具有经济价值的地块，尽量避免征拆迁，以减少管线建设的土地赔偿费用。（2）要充分利用高位水池，优先考虑使用重力输水。在无法实现重力输水

大落差长距离重力流输水管线系统防护和控制

大落差长距离重力流输水管线系统防护和控制发表时间：2018-12-19T15:14:20.963Z 来源：《防护工程》2018年第26期作者：贠小强 [导读] 随着我国社会经济和工业化的迅猛发展，长距离输水工程越来越多的出现甘肃甘兰水利水电勘测设计院有限责任公司甘肃兰州 730000 摘要：随着我国社会经济和工业化的迅猛发展，长距离输水工程越来越多的出现，而随着工程实施建成，在后期运行的过程中，系统控制及水锤危害问题也日益显现出来，在初期重水锤分析，轻系统控制的现象特别明显。长输管线的安全防护，是一个需要综合考虑的系统，并不指一台控制阀，一个调节罐的技术特性，而是一个小型而健全的安全系统，其内容大致包括：监测、控制、事故预案以及后期运行数理反演评估。因此为了保证长距离输水系统工程的运行安全，选择安全可靠、经济合理的控制系统和水锤防护措施变得尤为重要，实际工程更需要这方面的技术，本文主要对此进行了简单的探索。关键词：长距离、大落差、重力流、W型系统、系统控制、水锤防护 1重力流输水工程的现状和问题 1.1主观轻视相对于水泵长输供水，重力流供水相对传统，小规模工程较为普遍，主观上似有简易的错觉。因此在初期的工程当中，明显地感觉到“功课不足”。主要表现为:实际流速过快（2.5m/s～3m/s），平时流量波动较大，可能出现离奇突发的爆管事件。 1.2经验不足由于时间、投资与地形的限制，在设计当中设计人员往往并不熟练掌握重力流水力计算（水头为主导因素，决定阻力与流量）在下坡段局部突起部分，可能会出现半管流、虹吸等不利工况，而在设计阶段并未被发现，使得实际运行过程当中出现流量变化的随机性。 1.3控制不当过分注重关阀水锤的水力计算而疏于对水锤发生原理的本质理解，造成教条性的操作失误，引发水力激荡，甚至管线的破坏。 1.4不加控制对长距离输水管线无控制地变流量输水，使得管道长期处于压力陡变的随机状态。 2重力流水锤分析重力流的水锤则多为“关阀水锤”。该类水锤不会像水泵停泵水锤那样，有一个压力先下降的“预演”阶段，而是在阀门关闭的瞬间，水锤即刻到来。调节阀的调节，在另一个角度讲，是调节阀的局部阻力与沿程总阻力的抗衡。只有在阀门的阻力足够与沿程阻力相当的时候，才可以进行调节工作。重力流的控制核心在于：尽可能得到均匀递减的流量变化过程曲线。蓝色线的关闭过程好于红色线的关闭过程。但是，现实当中，调节阀的开启度将非常的小。因此，对其关阀的控制效果不大。因此对于重力流系统当中的水锤，我们主要注意的是： 1.合理的设计思想，除了应用阀门的调节功能之外，在长途管线当中必须适当考虑管线阻力的自身“调节作用”，以分担调节阀门的重任； 2、合理的运行思路，必须有针对性地建立良好的运行管理机制，防止错误操作以及随意的控制； 3.现实的保护，除了习惯性的缓关阀门的方法，还需要仔细考虑阀门的特性、开启度以及实际的开关时间，从而做出科学的评估； 4.建立监测与评估系统，用数据资料来调整系统的长期运行，而不是人为意志，靠可能不成熟的经验。 3大落差长距离重力流输水管线水锤防护分析 3.1常规水锤防护设备一般而言，凡是引起管路系统水流状态扰动的事件均可以导致水锤的发生。水锤通常起因于水泵的快速启动和开阀停车，阀门的快速开启和关闭，系统边界条件的快速变化（如水池水位的波动，水箱压力的变化等），用水需求的骤然变化（如消防用水），输水管线的故障（管道断裂或封冻），管道的充水和排空（主要与管内气体的排放相关）以及止回阀或调节阀的动作等。其中，停泵水锤、关阀水锤是最普遍，破坏性最强的一种水力瞬态事件。为防止水锤事故的发生，通常采用的方法是利用水锤防护设备延迟并减缓水力瞬变的发生过程，管道水流降压或者发生负压时向管内注气或注水，而升压时向管道外部排气或排水。诸如这般的水锤防护设备主要有水锤预作用阀、空气阀、单向调压塔、双向调压塔等。 3.2W型系统调节阀防护重力流输水管线上，阀前管线越长，其关闭过程所产生的水锤就越大，水锤影响面也就越大。这是因为，阀门在调节过程当中其调节的核心是“阻力的体现”，只有在阀门的阻力可以与其前管线沿程阻力抗衡的情况下，真正的调节效果才会体现。所以，阀前的管线越长，阀门可调节的空间（开启度）也就越小，而所表现出来的实质流量变化过程也就越显突然，水锤也就越大。此时，最为理想的调节方式是在系统的头部。但是由于系统前后存在液位差，在小流量时，头部调节方式会使系统局段可能出现无压流工况，导致供水紊乱。尤其在关停系统时，头部阀门至与末端水池相平的位高点这一段管段出现空管工况。因此头部调节客观上存在缺

长距离输水管道防水锤的探讨

长距离输水管道防水锤的探讨【摘要】随着城市建设的快速发展和人民生活水平的日益提高，长距离大型输水工程越来越多，随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。长距离重力流输水管道系统的防爆技术研究作为输水管道安全运行的重要课题之一，很有必要进行深入研究。本文介绍了目前重力流输水管道系统中防水锤的常用方法，并对各类防护方法进行全面的技术分析和总结。【关键词】长距离；输水管道；防水锤一、水锤的涵义与产生机理水锤也称水击，或称流体（水力）瞬变（暂态）过程，它是流体的一种非恒定（非稳定）流动，即液体运动中所有空间点处的一切运动要素，包括流速、加速度、动水压强、切应力与密度等不仅随空间位置变化，而且随时间而变。压力管路中，如果末端阀门关闭较快（即管路中流速变化较剧烈），由于管中水流的惯性，开始在整个管路中就形成了一个阀口一水池传播的减速增压运动，水体压缩，密度增大，一直传到水管进口，水流呈瞬时静止状态，此阶段称增压波（直接波）逆传过程；接着压力和密度大的阀门处水流有反向压力池的趋向，这样形成一个与原流速方向相反的流速，从而压力、密度慢慢恢复正常，在管路中就形成了一个压水池一阀门传播的减速减压运动，此阶段称为降压波（反射波）顺传过程；管中的流速瞬时恢复正常，接着从阀门向水池产生一个反方向的流速，水体膨胀，密度减小，管路中形成一个阀门～水池的增速降压运动，称此过程为降压波逆传过程；管路瞬时膨胀静止后，又开始恢复原始状态，因而又产生一个水池向阀门的流速，密度恢复正常，称此过程为增压波顺传过程。此后的水锤现象又将重复进行上述的四个传播过程。如果不计水力阻力，这种传播过程将周而复始地进行下去，这就是突然瞬时关阀后所发生的水锤波的基本传播方式。一般的水锤现象都将运用这个原理进行水力过渡分析。水锤的形成与阀门的迅速关闭/开启有关，由于阀门关闭/开启时间T与水锤波相长听2L/a的差异，表现为直接水锤和间接水锤2种形式。当Tu时，在阀门关闭过程中，反射回来的负水锤波到达阀门时，阀门尚未完全关闭，负水锤波导致压强增值受到了干扰（即降低），水锤峰值被削减，这种水锤称为间接水锤。在同一条件下，停泵水锤比启动水锤和关阀水锤的危害性要大，直接水锤比间接水锤的危害性要大，但危害最大的是当管路中出现水柱分离而产生的断流弥合水锤。二、长距离输水管道防水锤技术选择的原则输水管起末端的水力高度差为有压重力输水的可利用水头。在确定输水设计流量后，可利用水头越大，输水管管径可越小，投资越少，当然输水管流速越大，运行时可能引起的水锤升压越高。为防止管道发生破坏性水锤事故。当管材强度较强，或地质、地形条件复杂时，还应经过水锤计算适当降低输水流速，以利管道安全运行。有压重力输水在以下三种情况需消减富余能量：1、当可利用水头过大，管中流速超过3m/s或超过水锤计算所确定的最大流速时；2、起端（如水

浅论长距离输水管道选择

浅论长距离输水管道选择 1、常用管材输水管材一般分为金属管材、非金属管材和复合管材三大类:常用的金属管材有普通焊接钢管和离心球墨铸铁管;常用的非金属管材有各种玻璃钢管、塑料管和混凝土管;常用的复合管材有钢塑复合压力管和各种钢骨架塑料复合管。下面介绍几种目前在国内应用广泛、市场上十分畅销、大家比较认可的管材。 1.普通焊接钢管（SP）耐腐蚀性:管材虽然耐腐蚀性能较强,但内、外壁仍需做防腐处理;卫生特性:内衬水泥砂浆易结垢,对水质有一定影响;水力特性:内衬粗糙系数n=0.012,阻力大、能耗高;密封性能:一般采用现场焊接,密封性能优;安装性能:管长≤12m,自重较大,接口少但需要焊接,敷设要求低,安装性能良;力学性能:强度、韧性、抗冲击等性能优,但刚度较差,承压较高;抗震性能:管材强度高、韧性好,可承受高压,抗震性能优;安全程度:不会漏水,不会爆管,安全程度高;使用寿命:估计＜25a。可见其最大优点是力学和机械性能优越、强度高、承压大,最大缺点是不耐腐蚀,故必须对内、外壁做防腐涂层,且在计算壁厚时,应考虑2mm厚腐蚀余量。钢管防腐质量、尤其现场焊缝防腐质量,对安全运行、使用寿命影响较大。 2.离心球墨铸铁管（DIP）耐腐蚀性:管材虽然耐腐蚀性能较强,但内、外壁仍需做防腐处理;卫生特性:内衬水泥砂浆易结垢,对水质有一定影响;水力特性:内衬粗糙系数n=0.012,阻力大、能耗高;密封性能:采用橡胶圈柔性接口,密封性能良;安装性能:管长≤6m,自重大,接口多但方便,敷设要求较低,安装性能良;力学性能:强度、刚度、韧性、抗冲击等性能优,

承压较高;抗震性能:采用柔性接口,管材强度高,韧性较好,但不能弯曲,抗震性能良;安全程度:不易漏水,不易爆管,安全程度较高;使用寿命:接近50a。 3.夹砂玻璃钢管（FRPM）耐腐蚀性:管材本身抗腐蚀,不需要做任何防腐处理;卫生特性:管材环保卫生,内壁不结垢,对水质无影响;水力特性:内壁粗糙系数n=0.009,阻力小、能耗低;密封性能:采用丝扣活接头连接,密封性能优;安装性能:管长≤9m,自重轻,接口较少且方便,敷设要求较高,安装性能优;力学性能:强度、刚度、韧性等性能优,承压极高;抗震性能:管材强度高,且有一定柔性,抗震性能优;安全程度:不会漏水,很难爆管,安全程度高;使用寿命:设计50a。 4.塑料合金玻璃钢复合管耐腐蚀性:管材本身抗腐蚀,不需要做任何防腐处理;卫生特性:管材环保卫生,内壁不结垢,对水质无影响;水力特性:内壁粗糙系数n=0.009,阻力小、能耗低;密封性能:采用双“O”形橡胶圈柔性接口,密封性能良;安装性能:管长≤12m,自重轻,接口少且方便,敷设要求高,安装性能良;力学性能:强度、刚度、韧性等性能良,但不耐撞击,承压较高;抗震性能:采用柔性接口,管材强度较高,有一定柔性,抗震性能良;安全程度:不易漏水,不易爆管,安全程度较高;使用寿命:设计50a。 5.涂塑复合钢管（PSP）耐腐蚀性:基管易腐蚀,但内、外壁涂塑后耐腐蚀性能大幅度提高;卫生特性:内壁涂塑后不结垢,对水质无影响;水力特性:内涂粗糙系数n=0.009,阻力小、能耗低;密封性能:采用卡箍件柔性连接,密封性能优;安装性能:管长≤6m,自重较大,接口多但方便,敷设要求低,安装性能良;力学性能:强度、韧性、抗冲击等性能优,但刚度较差,承压较高;抗震性能:采用柔性接口,

长距离输水管道水力计算公式的初探

长距离输水管道水力计算公式的初探在输水工程施工过程中，水流从管道经过时造成的水力损失是一个需要重点解决的问题，使用公式的合理性直接影响到设计方案的合理性及经济性，同时对水锤防护和泵型选择具有重要意义，基于此本文对长距离输水管道水力计算公式的选用进行探讨。标签：长距离输水管道水力计算公式 1长距离输水管道水力计算的公式长距离输水管道一般根据均匀流进行水力计算，当前主要使用的公式有：（1）谢才公式：V=C■ （2）达西公式：hf=λ■■ （3）海澄威廉公式：hf=■ 在公式中，沿程损失为hf，单位为m，管道长度为l，单位为m，沿程阻力系数为λ，管道计算内径为d，单位为m，重力加速度为g，单位为m/s2，谢才系数为C，水力坡降为i，水力半径为R，管道流量为Q，m3/s，流速为v，m/s。海澄威廉系数为Ch。在以上三个公式中，对于明渠水力和管道使用谢才公式和达西公式比较适用，由于海澄威廉公式对参数造成比较少，在计算管网系统时使用的比较多。 2选择的管道材料对计算公式造成的影响由于管道材质不同和工艺不同，管道表面的粗糙程度差异性较大。长距离输水过程中，管道越粗糙，管道输送时产生的能耗就越大。工程设计过程对于直径相同但是粗糙程度不同的管道，相同流速下管道中的水处于的紊流状态是不同的，当水流状态超过了使用的水力计算公式的适用范围，就会提高计算误差，而这一误差的出现会导致无法预计的后果出现。大多数的管材使用达西公式进行计算，只有混凝土管道建议使用谢才公式。新版《室外给水设计规范》中，将舍维列夫公式的有关条文取消，只是笼统的对达西公式进行使用，没有明确指出计算λ值时需要使用的经验公式，考虑到舍维列夫公式是在就铸铁管和旧钢管的基础上建立起来的，当前使用的铸铁材料或钢质管道通常会对管道的内壁进行防腐处理，经过处理后的钢管内壁比较光滑，摩擦力很小，如果仍然使用维列夫公式进行计算就会出现比较大的误差，所以对这些管道进行计算时，使用舍维列夫公式并不合适。实践证明，使用谢才公式和柯列勃洛克公式进行计算更加合理。海澄-威廉公式可以计算各种材质管道的水力，在确定海澄-威廉系数时，要根据管材的质量确定Ch的取值，对于涂装有防腐涂层或水泥砂浆的管道来说，