龚兴坤
中国电建市政建设集团有限公司
【摘要】长输管道水锤防护分析主要包括事故停泵和提升泵站启泵时的管道水锤防护。输水管道的水锤防护方案有很多种，但如何选择一种积极有效的水锤防护方案来抵抗长距离输水管道的瞬时压力是一个很大的挑战。因此，工程的安全运行越来越受到科研、设计、施工和运营管理人员的重视。本文结合水锤的特点，根据长输管道系统的特点，提出了有效的水锤防护措施。
【关键词】长距离；输水系统；水锤防护
中国水资源短缺，空间分布不均。为了满足城市用水需求的快速增长，修建了许多长距离输水管道。当输水管道稳态工况发生变化时，如停泵、启泵、关阀等，都会发生水锤现象。输水工程设计阶段应完成水锤分析和防护方案选择。如果不先建立瞬态水力模型，水锤对输水管道的影响将很难预测。
一、水锤定义及特性
1.水锤定义
对于在压力管道中流动的液体，由于一些外部原因（如阀门突然关闭、泵或汽轮机组突然停止等），液体速度突然变化，由于液体的惯性作用，压力急剧上升，交替下降。这种水力现象称为水锤现象。
2.水锤特性
水锤实际上是水流速度变化引起的惯性力。阀门突然启闭时，由于启闭时间短、流量变化快，水锤压力往往较大。由于管壁的弹性和水体的可压缩性，水击压力将以弹性波的形式沿管道传播。在水锤波传播过程中，由于外界条件的变化，会发生波的反射。发射特性取决于边界处的物理性质。
二、管道防腐材料的技术要求
防腐层的优劣主要取决于其附着力和材料的耐老化性。为了得到性能良好的防腐涂料，除了选择合适的材料外，还采用了先进的施工工艺。就防腐材料而言，基本要求是：1具有良好的环境稳定性、长期耐腐蚀性、良好的耐大气老化性、化学性能稳定、吸水率低、抗渗透性好、耐热性好、耐低温、耐酸介质和微生物性能。2附着力好，耐阴极剥离性好。3该金属具有良好的附着力、良好的机械性能和足够的机械强度，以及良好的冲击强度、良好的抗弯性、良好的耐磨性和足够的针入度。4施工方便，经济合理。
三、输水钢管外防腐技术分析
由于影响管道腐蚀的环境因素众多，不同的防腐技术有其自身的条件和局限性。在工程实践中，应根据不同给水管道的实际情况和技术经济条件，选择经济、简单、有效的防腐技术。目前常用的管道外保护技术有涂层保护、聚乙烯胶带保护、聚乙烯套管保护、牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。
1.石油沥青防腐层
石油沥青防腐层是用玻璃纤维布浸渍石油沥青制成的埋地管道外防腐层。是我国应用最广泛的管道涂料。其优点是原料来源广、技术成熟、价格低廉，但缺点是吸水率高、耐温、老化、耐细菌性差，易被芦苇等植物根系破坏。常用的结构有普通、加筋和加筋，使用温度为一20～700C，使用寿命为10～20年。由于对环境污染严重，近年来已逐渐被其他材料代替。
2.阴极保护
地下金属管道腐蚀造成的危害和损失越来越受到人们的重视。实践证明，保护涂层与阴极保护相结合是一种经济有效的措施。阴极保护投资少，管理简单，可有效延长管道使用寿命一倍以上。目前，涂料和阴极保护在许多城市的水、热、气、工业水管道中得到了广泛的应用。地下管道采用阴极保护是不可避免的。
3.3PE防腐层
3PE防腐涂料是目前世界上最先进的防腐涂料之一，它是以熔结环氧粉末（FBE）为底层，胶粘剂为中间层，挤出聚乙烯为外保护层，通过同步缠绕或挤出成型而成。它具有优良的绝缘性能和抗机械损伤性能，是世界公认的最先进的防腐涂料之一。3PE防腐技术结合了环氧涂料和挤塑聚乙烯防腐涂料的优良性能，将环氧涂料界面特性和耐化学腐蚀特性的优点与挤塑聚乙烯防腐层的机械防护特性相结合，从而显著提高各自的绩效。因此，3PE防腐层是埋地管道理想的外保护层。据权威部门推测，采用3PE防腐技术的埋地管道使用寿命可达50年。
四、市政给水管道水锤的预防对策
1.缓闭止回阀
慢关止回阀是一种止回阀，通过慢关动作来保护水锤。理论和实践证明，目前泵控阀和液控蝶阀具有较好的性能。对于较小的直径，最好采用泵控阀；对于中等管径，各有其优点；一般来说，液控蝶阀对于较大的直径具有较大的技术优势。缓闭止回阀安装在水泵出口处，其直径与水泵出口口径一致。在高扬程多波动输水管道中，特别是局部断流时，水流反冲速度大，慢关止回阀两级关闭角的确定更为重要。因此，较重要工程的工作参数应通过水锤计算确定，缓闭止回阀的公称压力等级也应通过计算确定，以提高安全性和可靠性。
2.双向调压塔
双向调压室是一种兼有注水和放水缓冲的水锤防护设备。它的主要目的是防止有压水干管内出现负压。一旦管道内压力降低，调压塔将迅速向管道补水。当管道内水锤压力增大时，允许高压水流入调压井，以缓冲水锤的压力上升。本实用新型结构简单，运行安全可靠，维护量少，保护效果好。但是，由于其造价高、地形和限压塔高度高、水污染和防冻等问题，阻碍了双向调压塔的使用。
3.箱式双向调压塔
箱式双向调压塔具有普通双向调压塔的优点，克服了超压泄压阀拒动、动作迟缓的问题，使管道泄压迅速及时，安全程度大大提高；当管道内出现负压时，调压塔能迅速向管道补水，防止水柱破裂关闭水锤。在水锤防护性能方面，与普通双向调压室基本相当，高度可大大降低，一般仅为2m-5m，增加了双向调压室的使用范围，大大降低了工程造价。对于长距离高扬程、多波动管道，是一种安全可靠的水锤防护措施。
4.进排气阀和超压泄压阀
对于高扬程、多电压、长距离的长距离输水管道，工况复杂，水锤防护要求高，应采用具有恒速缓冲功能的排气阀。定速缓冲排气阀是一种恒速排气阀，它既能保证管道内气体的及时排放，又能在管道中起到气垫的作用。在排气末端具有慢关功能，对减少断流和关闭水锤效果明显。
5.其他防护措施
气罐安装在水泵的主管道上，但气罐的容积通常较大，因此在压力范围较大时，不适用于高扬程输水系统。通过在管道上安装止回阀，可以人为地将管道中的水柱切割成若干段，从而降低每段的作用水头。然而，它在维护和管理中却很少使用，而且是一种很麻烦的管理方法。
结束语
根据长输管道的工程特点，对实际输水工程中的水锤现象进行了分析，选择了水锤防护方案。结果表明，管道峰值处应安装缓闭空气阀，以防止气体快速排放引起的关闭水锤；压力波动预止回阀，泵站管道出口应安装超压泄压阀或其组合，以减少水锤的危害；单向调压塔适用于长距离、大流量、低扬程的输水管道。
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