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1 工程概況
該工程位于湖南省衡陽市附近,為某廠輸水管線改造項目。該廠的用水取自湘江,從江邊取水泵房到凈化站新鋪設一條DN500的供水管道,從凈化站到二次加壓泵房再到生產區新鋪設兩條DN500的供水管道,總長度約為3 km。由于地形起伏大,輸水管線要穿越整個生活區,隨著生產規模的不斷發展,對供水系統的安全性要求越來越高,因此改造難度也較大。
2 故障分析
由于改造項目情況比較復雜,設計人員先后兩次到現場踏勘,一是確定輸水管線的走向;二是聽取廠里介紹舊輸水管線在使用過程中出現的問題和對本次改造的意見,其中有一點引起了設計人員的高度重視:近幾年爆管現象頻繁發生,平均一個多月爆一次管,嚴重影響了正常生產。對近期發生的導致全廠停水搶修的一處爆管進行現場踏勘后發現,管材為鑄鐵管,管徑為DN300,承口處裂縫長1 m,爆管發生在二次加壓泵房加壓泵由小泵運行轉至大泵運行時。
輸水管線上的排氣閥年久失修,沒有及時更換已失去排氣功能,通過對爆管時間和現象的分析,認為管排氣不暢,管道內有大量氣囊存在,引發啟泵水錘是爆管的主要原因。二次加壓泵房的水泵沒有變頻設備,直接啟動時速度太快,在小泵換大泵運行或剛啟泵時,幾秒鐘內水泵就能達到額定壓力和流量,管道內的壓力和流速急劇增大,氣體受壓縮后體積變小,內壓升高,水泵口的壓力降低,流量增大,氣體的內壓升到一定程度后反膨脹,動量和沖量交替轉換,引起管道中一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現象,并以壓力波的形式在管道中傳遞,引起
啟泵水錘,最終導致爆管。水泵啟動時,管道內的流速遠高于設計流速,產生啟泵水錘的壓力可高達2MPa左右,遠高于試驗壓力,這種連續波動的動壓破壞力是靜壓的數倍,尤其是舊管道使用年限較長,強度降低,極易發生爆管。為了避免啟泵水錘引起的爆管現象再次發生,本次設計管道的排氣問題至關重要。
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