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一、設(shè)計方案的重要性及思路

      有些供水工程輸水壓力高，輸水過程中，由于閥門突然開啟或關(guān)閉等原因，使流速發(fā)生突然變化，管道壓力將產(chǎn)生大幅度波動，產(chǎn)生水錘效應(yīng)。水錘有極大的破壞性：壓強過高，將引起管子的破裂，反之，壓強過低又會導(dǎo)致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件，嚴(yán)重威脅供水系統(tǒng)安全。

      為了降低水錘效應(yīng)，保障供水系統(tǒng)的健康運行，需設(shè)置一套管道水錘防護監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)常常與水聽器偵聽傳感系統(tǒng)搭配使用，組成一套管線水錘及漏損監(jiān)測系統(tǒng)（采用壓電水聽器+高頻壓力傳感器+數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備RTU套件，同時需要給該套件提供直流電壓或者直接交流供電才能正常工作，所有也可稱電學(xué)式管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)），安裝方式如圖1所示。根據(jù)每個供水工程的實際情況，各級輸水管線末端均設(shè)有調(diào)節(jié)水池，整個供水系統(tǒng)的水錘防護可分段考慮，各子系統(tǒng)水錘防護也可單獨考慮。

圖1供水工程水錘防護監(jiān)測系統(tǒng)安裝示意圖

二、設(shè)計方案基本要求

      設(shè)計方案所用到的水錘防護設(shè)備應(yīng)是專業(yè)制造廠技術(shù)成熟的產(chǎn)品，水錘防護設(shè)備質(zhì)量和性能應(yīng)是安全和可靠的。必須保證整個供水工程輸水系統(tǒng)的壓力相對穩(wěn)定，設(shè)備完好，保持設(shè)備健康運行。采用水錘防護監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備后，供水工程輸水管線壓力變幅需要達到控制目標(biāo)：

xiao除高壓目標(biāo)：各種水錘事故條件下，工程全線管道內(nèi)壓力不得超出正常工作時的壓力0.3MPa；

xiao除負(fù)壓目標(biāo)：各種水錘事故條件下，工程全線管道內(nèi)負(fù)壓不得超出1m的真空值。

三、水錘防護監(jiān)測系統(tǒng)閥門設(shè)備清單

復(fù)合排氣閥、呼吸閥、減壓閥（電動）、減壓閥（水力）、防水錘型排氣閥、減壓孔板等，所有閥門為軟密封。

3.1、減壓閥（電動）

3.1.1、套筒多噴孔式

      所需調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有現(xiàn)場調(diào)整閥后壓力及遠(yuǎn)程調(diào)整閥后壓力（配合廠站區(qū)自控接入）等功能，具體要求如下：1）閥門在設(shè)計工作狀態(tài)壓力和流量情況下，出口壓力應(yīng)基本恒定不變，閥后壓力設(shè)定值可調(diào)；2）電動執(zhí)行機構(gòu)無法正常操作時可手動操作；3）調(diào)節(jié)閥應(yīng)能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測閥門狀態(tài)并根據(jù)需要遠(yuǎn)程發(fā)送指令控制閥門動作的功能。

閥門開度與流量應(yīng)成線性關(guān)系，并提交相關(guān)曲線圖。閥門必須能保持良好的線性關(guān)系，不會出現(xiàn)壓力突變情況，更不能由此導(dǎo)致關(guān)閥水錘。

閥門在全開狀態(tài)下通過設(shè)計流量時的水頭損失應(yīng)≤ 1m 。

與防水錘排氣閥、復(fù)合排氣閥及呼吸閥等設(shè)備配套使用，保證整個輸水系統(tǒng)的壓力相對穩(wěn)定，設(shè)備運行安全，能有效的去除高壓、負(fù)壓。

調(diào)流調(diào)壓閥應(yīng)有良好的動態(tài)防振動性能，使閥門在流速、壓力變化較大的情況下，能長期保持無振動運行效果。

3.1.2、閥門的結(jié)構(gòu)要求

      多噴孔控制閥內(nèi)部采用噴管整個圓周對稱的錐形小孔，將高壓水由外向內(nèi)，使水流加速通過小孔噴射，在噴管中心部位相互碰撞，去除能量，使氣蝕現(xiàn)象發(fā)生在噴管中心位置，不會損壞閥門部件,并可確保閥門在工作范圍內(nèi)不產(chǎn)生振動，保證閥門的長期使用壽命。

      多噴孔控制閥主要有閥體、噴管、套筒、搖臂、電動裝置、出口管等組成，電動型法蘭連接，裝于的主管或支管中實現(xiàn)減壓或調(diào)流功能，能在全開，全關(guān)及閥門的任一位置正常順利操作，在使用中不會產(chǎn)生氣蝕或銹蝕而造成閥體損壞，亦不會因負(fù)壓而產(chǎn)生震動及共振情況，保證閥門長期的平穩(wěn)運行。

3.2、減壓閥（水力）

控制主閥出口壓力為一固定值?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)先導(dǎo)閥將進口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身能量，使出口壓力不因進口壓力或出口流量變化而變化。閥前需加裝過濾裝置。

3.2.1、結(jié)構(gòu)型式

1）調(diào)節(jié)閥主要用來調(diào)節(jié)壓力，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后能使閥門出口壓力保持恒定，閥門與管道使用法蘭連接，驅(qū)動方式為自力式驅(qū)動形式。

2）調(diào)節(jié)閥應(yīng)配有智能控制系統(tǒng)用于閥門狀態(tài)監(jiān)測及控制，采用電池或市政供電雙重功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測并調(diào)節(jié)閥后壓力等功能。

3.2.2、技術(shù)要求

1）調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有調(diào)節(jié)壓力和流量的功能，具有線性調(diào)節(jié)特性，應(yīng)能在要求的壓力和流量變化范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

2）調(diào)節(jié)閥應(yīng)有效的去除上游水頭能量，在不同輸水流量工況條件下，保證閥后壓力穩(wěn)定，出口壓力偏差值不得超過整定值的±2.5%。

3）調(diào)節(jié)閥應(yīng)能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)流量與壓力，開關(guān)閥動作平穩(wěn)，不會出現(xiàn)壓力及流量突變的情況。

4）調(diào)節(jié)閥應(yīng)有良好的動態(tài)防振動性能，使閥門在流速及壓力變化較大的情況下，能長期保持無振動運行效果。

5）調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有良好的抗汽蝕性能，并采取必要措施，使調(diào)節(jié)閥出口因汽蝕而產(chǎn)生的氣泡被限制在流道中央，防止氣泡在閥門及管道壁面處破裂而使閥門或管道受到破壞。

6）調(diào)節(jié)閥允許汽蝕系數(shù)要求不大于0.15。

7）調(diào)節(jié)閥運行過程中的噪音控制值在距閥體1m處測得的噪音值應(yīng)＜60分貝。

8）調(diào)節(jié)閥的開關(guān)動作應(yīng)靈活無卡頓，閥門開關(guān)閥應(yīng)迅速以確保不會產(chǎn)生水錘而危害管路設(shè)備，閥門由全開至全關(guān)連續(xù)關(guān)閉時間應(yīng)滿足工程設(shè)計單位的相應(yīng)要求。

9）調(diào)節(jié)閥要有可靠的密封結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)要求滲漏量為零。

10）閥門結(jié)構(gòu)必須保證其過流能力要求 ，運行時水損小 ，在設(shè)計流量的工況下，閥門開度不應(yīng)大于全行程的85%。

11）調(diào)節(jié)閥應(yīng)有可靠措施保證以減少在大流量或高壓差條件下的操作負(fù)荷，閥門運行平穩(wěn)。

3.2.3、智能采集系統(tǒng)

      減壓閥應(yīng)配有智能采集系統(tǒng)用于閥門狀態(tài)監(jiān)測及控制，采用太陽能及蓄電池或者市政供電。管線沿線的減壓閥門（水力）由閥門廠家配套提供相應(yīng)的檢測儀表（包括閥門狀態(tài)傳感器、閥前/閥后壓力變送器等）、信號采集裝置以及相關(guān)的通訊及供電設(shè)備，具體通訊接口根據(jù)通信運行商通訊方案確定。相關(guān)閥門狀態(tài)信號、閥前閥后的壓力信號能夠通過閥門廠家配套的數(shù)據(jù)采集裝置將數(shù)據(jù)送至廠區(qū)中控室水廠生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)。

3.3、防水錘空氣閥

3.3.1、基本要求

組合式空氣閥分為低壓進排氣和高壓微量排氣兩部分。

低壓進排氣部分是在管道壓力較低時（空管充水，管道排空等）工作，主要為低壓工況下大量排氣和進氣。

高壓微量排氣則主要在管道正常帶壓工作時，將管道內(nèi)不斷析出的氣體及時排放，以減少因之可能產(chǎn)生的多種不利后果。

空氣閥應(yīng)該能夠在管線水壓降到2m的情況下，仍能緊密關(guān)閉，不泄水。

在管線排空過程中，在泄水速度超過3m/s的情況下，組合式吸空氣閥可以大量迅速的向管線補充空氣，以避免管線出現(xiàn)負(fù)壓。

在管線正常運行過程中，空氣閥可以自動釋放逐步聚集在管線高點的空氣，避免由于氣囊造成的水損。

與減壓閥、復(fù)合排氣閥及呼吸閥等設(shè)備配套使用，保證整個輸水系統(tǒng)的壓力相對穩(wěn)定，保障設(shè)備運行健康，能有效的去除高壓、負(fù)壓。

整體結(jié)構(gòu)簡單，沒有過多附件、配件，不銹蝕，故障率低，重量輕，便于安裝與維護。防腐性能強，符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2、防水錘空氣閥規(guī)格要求

防水錘空氣閥既有排氣功能又有補氣功能，在管道異?？焖俪渌蛩鶑浐锨闆r下，通過限制排氣速度產(chǎn)生臨時氣囊，減緩水柱彌合速度，降低壓力波動。閥體要求立式地面下安裝。

防水錘空氣閥建議采用一體化圓柱形設(shè)計，即低壓進排氣、高壓微量排氣裝置處于整個閥體內(nèi)部，整個空氣閥外部無突出零部件，便于維護閥門元件，利于節(jié)省安裝空間同時免于遭到意外損壞。

防水錘裝置：其主要作用為當(dāng)管道出現(xiàn)非正常工況發(fā)生水柱分離后的水柱彌合階段通過限流盤來限制空氣閥的排氣速度，在一定時間內(nèi)使管道內(nèi)留存空氣，形成氣囊，通過空氣的可壓縮性和彈性降低快速流動的水對管道的沖擊，維護管道健康。防水錘裝置具有可調(diào)節(jié)緩閉調(diào)整機構(gòu)，可根據(jù)水錘分析計算結(jié)果和現(xiàn)場實際運行工況現(xiàn)地調(diào)節(jié)氣囊維持時間，以達到去除彌合水錘的ZUI佳效果。為避免管道內(nèi)可能存在的雜物對防水錘裝置造成卡堵和纏繞，防水錘裝置應(yīng)位于浮球上方以避免與水接觸。

3.3.3、防水錘空氣閥性能要求

防水錘空氣閥，將主要作為在輸水管線初次充水和正常運行時排出管道內(nèi)的空氣，及當(dāng)管道內(nèi)出現(xiàn)真空時進行補氣。組合式空氣閥將完成如下功能：

(1)空氣閥應(yīng)具有高低壓微量和大量兩種排氣功能，大排量組合式空氣閥的結(jié)構(gòu)保證在管道正常運行時及時進、排氣。

(2)高壓排氣則主要在管道正常帶壓工作時，將管道內(nèi)不斷析出的氣體及時排放，以減少因之可能產(chǎn)生的多種不利后果。

(3)低壓進排氣部分是在管道壓力較低時(空管充水，管道排空等)工作，主要為低壓工況下大量排氣和進氣。

(4)當(dāng)管道放空時或爆管泄水時，復(fù)合式空氣閥能夠及時吸進空氣，以破壞管道真空，避免管道受到破壞。

(5)為防止異常情況下水柱分離后水柱彌合速度過快產(chǎn)生水錘，部分關(guān)鍵位置的空氣閥必須有防水錘組件，具備快開緩閉功能及配件。先快速大量排氣到設(shè)定壓力后，再以較慢速度排放剩余全部空氣。不得出現(xiàn)因管道排氣速度過快，管線壓力迅速上升而導(dǎo)致水錘及撞擊。閥內(nèi)部所有的活動部件，應(yīng)保持動作靈活可靠，并無須保養(yǎng)維護，以保證空氣閥工作的可靠性，使輸水管線安全供水。

3.4、復(fù)合排氣閥

3.4.1性能要求

（1）排氣閥應(yīng)為復(fù)合式排氣閥，該閥具有大、小兩個排氣口且小排氣口采用微量排氣閥（DN100 以上口徑含DN100），將難溶解性空氣迅速排除，在開啟供水時管道空管時該閥大量排氣，將管道中空氣迅速排出，使管道中介質(zhì)水流暢通，提升流體效率；當(dāng)管道存在有微量氣體（或不易溶解氣體）時則通過該閥的微量排氣閥把氣體排出，保證管道流體通暢，減少能耗。并且停止供水（或負(fù)壓）時具有大量吸氣功能，使管道內(nèi)的大氣壓強與管外大氣壓強相等，減少破管的可能性；可提升供水率及防止管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，確保管道健康。結(jié)構(gòu)形式：活塞式（浮桶式，即浮球只能上下作動）。

（2）排氣閥應(yīng)保證在任何工況下都不會由于高速氣流的作用提前關(guān)閉，致使管道內(nèi)空氣不能排凈。

（3）排氣閥應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)在大口排氣過程中限制排氣流速的功能，以避免排氣速度過快引發(fā)或加劇水錘破壞。

（4）排氣閥運行時應(yīng)無機械噪音和振動。

（5）排氣閥在工作時應(yīng)具有較小的噪音，距裝置1m遠(yuǎn)處測得噪音在85dB以下。

（6）排氣閥的zui大吸氣能力須能滿足事故檢修水泵強排以及事故爆管沿管道zui大坡度重力自流兩種工況下管道排水時補氣的要求。

（7）排氣閥的大量排氣口在發(fā)生水錘工況下的水柱彌合階段應(yīng)具備限制排氣流速的功能，以平抑管道內(nèi)的壓力波動，在管道快速充水時，應(yīng)自動限制排氣速度，防止出現(xiàn)高速水流對管道本身和附件的沖擊。在管道內(nèi)外的壓差較低時可以全速排氣，在排氣速度達到設(shè)定值時自動動作，限制排氣速度。

3.5、減壓孔板

1、減壓孔板是安裝在檢修閥門井內(nèi)，輸水管線正常情況下關(guān)閉前后閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)SHOU次充水或檢修后啟動輸水管線時開啟前后閥門處于開啟狀態(tài)，輸水管線正常運行后關(guān)閉前后閥門。

2、減壓孔板主要性能及技術(shù)參數(shù)：

孔板材質(zhì)：不銹鋼S304

孔板厚度：12mm

單個孔面積大?。骸?5mm2

環(huán)境溫度℃：-40~+50

3.6、空氣罐（水錘罐體）、單向調(diào)壓塔或雙向調(diào)壓塔

空氣罐（水錘罐體）、單向調(diào)壓塔或雙向調(diào)壓塔等?？諝忾y補氣時存在滯后性，水錘防護效果將大打折扣，因此在解決由負(fù)壓引起的水錘問題時一般優(yōu)先采用空氣罐和調(diào)壓塔。雙向調(diào)壓塔布置時，調(diào)壓塔高度必須高于管路最高壓力線，且為了減小塔中水位變化幅度，調(diào)壓塔必須有較大的斷面面積和容量，故雙向調(diào)壓塔主要適用于低揚程的泵站。在長距離高揚程供水工程中，采用空氣罐可有效抑制水錘發(fā)生，但需設(shè)置的空氣罐數(shù)量較多，體積較大，導(dǎo)致工程投資增加，而采用空氣罐+單向調(diào)壓塔的方案在有效抑制水錘發(fā)生的同時，可減小工程投資，提高泵站安全運行保障。

空氣罐（水錘罐體）要求

（1）罐應(yīng)是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，材料不低于Q345R。

（2）法蘭的形式、尺寸和技術(shù)條件應(yīng)符合GB/T9124及GB/T13402的規(guī)定。

（3）罐必須能夠保證充氣壓力穩(wěn)定，采取空壓機補氣的方式，罐應(yīng)配備向罐內(nèi)補充氣體的空壓機及相關(guān)的連接及輔助配件。

（4）罐須配有DN400或DN500的人孔，并在罐頂部適當(dāng)位置設(shè)置吊環(huán)。

（5）罐應(yīng)配置安全爬梯及操作平臺，操作平臺周圍設(shè)防護欄，方便相關(guān)閥門、儀器儀表的檢修維護。

四、總結(jié)

      供水工程水錘防護監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案主要針對管網(wǎng)的管線水錘及漏損監(jiān)測、針對廠站和管理站的數(shù)據(jù)監(jiān)測及共享、針對水廠的智慧運管。配套的應(yīng)用層功能模塊主要包括水錘及泄漏（漏損）監(jiān)測分析系統(tǒng)、水廠智慧運管系統(tǒng)、水廠及各管理站數(shù)據(jù)監(jiān)測及共享系統(tǒng)等。能夠?qū)崟r在線監(jiān)測供水管道的爆管或漏損事件，基于現(xiàn)場高頻壓力傳感器和時鐘同步技術(shù)監(jiān)測爆管漏量：240升/分以上，實現(xiàn)50米的爆管定位精度；識別和展示壓力瞬變水錘事件（施工、閥門操作、水泵啟停、排泥沖洗等），及時報警管理人員，定位瞬變源的位置或區(qū)域；同時驗證過渡過程的理論計算和水錘防護設(shè)施，并指導(dǎo)運行人員科學(xué)操作。