泵站水锤主要分为启动水锤、关阀水锤和停泵水锤(由突然停电等原因引发)。在正常操作程序下,前两种水锤一般不会引发危及机组安全的问题。而停泵水锤产生的水锤压力值往往较大,容易引发各类事故。
停泵水锤是指,当突然断电或因其他原因导致开阀停车时,在水泵和压力管道中,由于流速的急剧变化而引发压力升降的水力冲击现象。例如,电力系统或电器设备出现故障、水泵机组突发故障等情况,都可能导致离心泵开阀停车,进而引发停泵水锤。
停泵水锤产生的压力可达正常工作压力的 200%,甚至更高。这种高压可能击毁管道及设备,一般事故会造成“跑水”、停水;严重事故则会导致泵房被淹、设备损坏、设施被毁,甚至造成人身伤亡事故,严重影响生产和生活。
水锤引发的压强升高幅度,可达管道正常工作压强的数倍甚至数十倍。这种大幅度的压强波动,会对管路系统造成多方面的危害:
引发管道强烈振动,导致管道接头断开。
破坏阀门,严重的压强过高会造成管道爆管,使供水管网压力降低。
反之,压强过低会导致管子瘪塌,还会损坏阀门和固定件。
引起水泵反转,破坏泵房内设备或管道,严重时造成泵房淹没,引发人身伤亡等重大事故,影响正常生产和生活。
针对水锤的防护措施众多,但需根据水锤产生的可能原因,采取相应的措施。
降低输水管线流速:在一定程度上降低水锤压力,但会增加输水管管径,进而增加工程投资。在输水管线布置时,应尽量避免出现驼峰或坡度剧变的情况。
缩短输水管道长度:管线越长,停泵水锤值越大。可将一个泵站改为两个泵站,用吸水井衔接两个泵站。
合理选用水泵扬程:停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关,几何扬程越高,停泵水锤值越大。因此,应根据当地实际情况选用合理的水泵扬程。
规范启停泵操作:事故停泵后,应待止回阀后管道充满水再启动水泵;启泵时,水泵出口阀门不要全开,否则会产生很大的水冲击,很多泵站的重大水锤事故多是在这种情况下发生的。
采用恒压控制技术:运用 PLC 自动控制系统,对机泵进行变频调速控制,实现对整个供水泵房系统的自动操作。由于供水管网压力会随工况变化而不断改变,系统运行过程中常出现低压或超压现象,容易产生水锤,进而破坏管道和设备。采用 PLC 自动控制系统,通过检测管网压力,反馈控制水泵的开、停和转速调节,控制流量,使压力维持在一定水平。可通过控制微机设定机泵供水压力,实现恒压供水,避免过大的压力波动,降低产生水锤的概率。
安装水锤消除器:该设备主要用于防止停泵水锤,一般安装在水泵出口管道附近。它利用管道本身的压力为动力实现低压自动动作,即当管道中的压力低于设定保护值时,排水口会自动打开放水泄压,以平衡局部管道的压力,防止水锤对设备和管道的冲击。水锤消除器一般可分为机械式和液压式两种,机械式消除器动作后需人工恢复,液压式消除器可自动复位。
在大口径水泵出水管上安装缓闭止回阀:可有效消除停泵水锤,但由于阀门动作时会有一定水量倒流,吸水井须设置溢流管。缓闭止回阀有重锤式和蓄能式两种,这种阀门可根据需要在一定范围内调整阀门关闭时间。一般在停电后 3 - 7 s 内阀门关闭 70% - 80%,剩余 20% - 30%的关闭时间则根据水泵和管路的情况调节,一般在 10 - 30 s 范围。需要注意的是,当管路中存在驼峰而发生弥合水锤时,缓闭止回阀的作用有限。
设置单向调压塔:在泵站附近或管道的适当位置修建单向调压塔,其高度低于该处的管道压力。当管道内压力低于塔内水位时,调压塔向管道补水,防止水柱拉断,避免弥合水锤。不过,其对停泵水锤以外的水锤(如关阀水锤)的降压作用有限。此外,单向调压塔采用的单向阀性能必须可靠,一旦该阀门失灵,可能导致发生较大的水锤。
在泵站内设置旁通管(阀):泵系统正常运行时,由于水泵压水侧水压高于吸水侧水压,止回阀关闭。当事故断电突然停泵后,水泵站出口处压力急剧降低,而吸水侧压力则猛升。在此差压作用下,吸水总管中的瞬态高压水推开止回阀阀板流向压水总管的瞬态低压水,使该处低水压有所升高;另一方面,也降低了水泵吸水侧的水锤升压。这样一来,水泵站两侧的水锤升、降压都得到控制,从而有效减少和防止了水锤危害。
设置多级止回阀:在较长的输水管路中,增设一个或多个止回阀,将输水管划分成几段,每段均设置止回阀。当水锤过程中输水管中水倒流时,各止回阀相继关闭,把回冲水流分成数段。由于每段输水管(或回冲水流段)内静水压头较小,从而降低了水锤升压。此项防护措施可有效应用于几何供水高差很大的情况,但不能消除水柱分离的可能性。其缺点是:正常运行时水泵电耗增大,提高了供水成本。
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