【某热电厂循环水供水管道水锤防护分析研究】家装循环水系统

　　【摘要】通过对热电厂供水管道的水锤模拟，分析管道沿程压力，为优化管道布置、选择泵型、确定水锤防护设施、降低运行能耗、确定运行方式等提出科学依据。 　　【关键词】供水管道，水锤，模拟，防护设备
　　南方某热电厂循环冷却水采用海水直流供排水系统，热力系统采用四炉三机，每台机组配两台循环水泵，扩大单元制方式运行，不设备用泵，排水采用虹吸方式。
　　由于循环水泵房距汽机房较远，为保证取水工程可靠运行，对循环水供水系统水力瞬变流数值模拟试验，通过计算模拟预测该工程在运行中可能出现的最不利工况，综合分析管道沿程压力极值，评价设计合理性，并为优化管道布置、选择泵型、确定调压设施、降低运行能耗、确定运行方式等提出科学依据。
　　一、基础数据
　　1.设计潮位
　　当取水口潮位变化时，水泵正常运行的流量、扬程也会有相应变化，即水泵正常运行工况点会相应改变。经计算分析可知：随潮位降低，水泵出口节点最大压力和最小压力均呈下降趋势，且在本工程中，正压不大，负压较严重。因此在进行水泵出口阀关闭规律计算时，选择最低潮位-2.24m作为计算潮位，分析可能产生负压最严重情况下各种工况停泵水锤。
　　2.设计工况
　　3.管道参数
　　管道设计承压能力0.6MPa，管道输送介质为海水，比重为1.025。
　　二、稳态模拟计算
　　供水管道大部分工作压力（自由水头）普遍在0到25m之间，小于管道承压能力0.6Mpa。承压设计满足工程要求。
　　三、停泵水锤瞬变流分析
　　因事故断电而导致全部水泵停机是泵站水力过渡过程基本计算工况。在这种工况下，要考虑两种不利情况：一种是由于突然停泵，输水系统管道内水流发生急剧变化而引起的正压力。这种正压力有时很大，在某些工程中可能会引起管道或设备损坏事故。另一种是由于事故断电而导致整个输水系统突然丧失驱动力，并由于管道内压力波动，在系统某些局部最高点将产生瞬时负压区。当负压低于汽化压力时，管道内水体可能会发生汽化，使水柱不连续。一旦压力升高时，汽泡溃灭，产生强大冲击波，发生“断流弥合水锤”，破坏管道和设备。对于本工程来讲，上述二者都需着重防范。
　　基于本工程输水距离短、水泵扬程低、输水量大、管道局损大等特点，水锤分析重点是事故停泵后泵站防护（重锤式液控止回蝶阀动作时间控制及参数），管道高压控制和负压控制等。
　　下面以2号机组为例，分析供水系统的水锤发生规律及防护措施。
　　1.事故停泵无水锤防护设备水锤模拟
　　无水锤防护设备管道水锤模拟结果如图2所示。（工况1至工况4无水锤防护设备时均不满足水锤防护要求，在此举例工况1。）
　　四、水锤防护方案分析及建议
　　对于某些供水系统来说，仅仅利用阀门调节常常难以确保满足水锤防护要求，因此，在系统中还需增设必要的水锤防护措施。
　　水锤防护设备选择是水锤分析计算主要目的之一。水锤防护有两层含义，第一层含义是防止水锤现象的发生；第二层含义是将水锤危害程度降到最低。
　　第一层实际上要求运行管理者使输水系统保持正常工况；第二层则要求设计者事先制订水锤防护策略，运行管理者及时采取相应水锤防护措施。
　　根据当前水锤防护技术水平和通用防护措施，从水锤防护设备可靠性、管理方便、制造工艺水平、自动化程度等角度综合考虑后，该工程水锤防护设备主要采用空气阀、重锤式液控止回蝶阀和大口径膨胀V接头。
　　1.空气阀
　　担负管道排气和负压控制任务。在某些运行工况，如管道充水、事故检修放空、阀门正常及非正常启闭、水泵正常及事故启停机等，通过在管道中合理布置空气阀，既可以排出管道中有害气团，减小管道阻力，避免管内骤然升压，又能在管道出现负压时及时补气,消除液柱分离现象，避免水锤事故发生。
　　本工程由于管道长度短、水量大，管道局部水头损失大，当运行水泵事故断电时，运行中的水泵转速急剧下降乃至反转，管道中水流倒流，其局部高点将产生负压。且经过以上各种水锤工况计算分析可知，最大水锤压力（自由水头）一般发生在水泵事故断电工况条件下水泵出口阀门处。故通过反复模拟，建议主要在水泵出口处及管道局部高点等处安装三阶段空气阀。
　　2.重锤式液控止回蝶阀
　　消除停泵水锤危害包括两方面：一是降低管道内最大水锤压力；二是降低水泵反向逸转速度。无阀管道压力波动一般不大，但反转速度很大。有普通止回阀的管道可避免机组反转，但可能引起相当大的管道水锤压力，故建议在水泵出口安装重锤式液控止回蝶阀。
　　重锤式液控止回蝶阀关阀分为两个阶段，为迅速减少回水流量，阀门在关闭第一阶段快速关闭，而第二阶段则缓慢关闭，形成截流效应以降低瞬时水压峰值至较低水平。通过设置两阶段关阀，能消除启、停泵水锤，保护泵房及设备安全。阀门两阶段关闭时间，应根据输水管道具体特性经过计算来确定。本工程最优关阀时间为：第一阶段从全开关至80%用时6s，第二阶段从80%至全关用时30s。