建筑工程压力管道水锤及防范措施

建筑工程压力管道水锤及防范措施

【摘 要】建筑工程压力管道在运行时，由于突然停电或停泵,使管道中的流速和动量发生急剧变化,而发生水锤或叫水击现象, 水锤可导致管道系统的强烈震动，对管道系统造成影响或破坏，甚至危及设备和人身的安全。因此，建筑工程汽（水）压力管道如果发生水锤，会直接影响汽（水）压力管道系统的安全运行。 如何保证汽（水）压力管道的安全稳定运行，对水锤现象进行了分析和探讨,提出了预防压力管道水锤的方法和措施,防止水锤现象发生，对建筑工程汽（水）压力管道有着重要意义。 【关键词】建筑工程；压力管道；水锤 ；防范措施 1 水锤的具体表现及其特征 1.1 液体管道水锤现象及其特征

在压力管道中，在一定外界因素（如开泵、停泵、开关阀门过快）作用下，使得液体的流速急剧变化，从而造成管道中的液体压力显著、反复、迅速地变化，由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象铁锤敲打一样，这种现象称为水锤（或叫水击）。水锤引起管道中的压力升高，可以超过管道中正常工作压力的几十倍至几百倍，以致管壁产生很大的应力，而压力的反复变化将引起管道和设备的振动，并造成管道、管件和设备的损坏，甚至造成管道爆裂等事故。在发生负水锤时管道中的压力降低，如压力降得过低可能导致管中产生真空，在外界压力的作用下，会将管道挤扁。

1.2 蒸汽管道水锤的现象及其特征

蒸汽管道发生水锤时，管道系统会发生振动，管道、支（吊）架及管道穿墙处均有振动，水锤越强烈振动也越强烈;投运时暖管或疏水不足的管道多阶段性地发出“咚咚”的声响；而蒸汽带水进入管道则多发出类似空袭警报声的连续啸叫声；停运后的蒸汽管道多阶段性的发出如金属敲击般的尖锐声响。管道系统在蒸汽带水进入管道时，如管道系统有法兰连接情况下，在管道的法兰结合处容易发生冒汽现象，水锤严重时，法兰垫被冲坏致使大量漏汽。 2 水锤产生的根源

由于液体存在惯性和可压缩性，管道是弹性材料，当打开的阀门突然关闭，液体对阀门及管壁，主要是对阀门会产生一个压力。由于管壁光滑，后续液体在惯性的作用下，不断的压缩前方液体，液体把压力传递给阀门和管壁。以上情况即是通常所说的“正水锤”。 相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫“负水锤”。 水锤是流体系统里的一种能量消耗不及时导致的现象，本质是能量波场的不平衡，多余能量无法及时在流体里消耗，所以传给管道系统，以震动、声波的方式进行消耗，同时液体粘性作用也消耗能量，使水锤的波动幅值逐渐趋于消失。 3 水锤在管道中的传播

水锤在管道中的传播就形成了水流冲击波，水流冲击波在传播过程中，管道各断面的流速和压强均周期性的升高和降低，设想流速

突然变化、波动过程无能量损失的水击模型，上游接水库，当下游阀门突然关闭时，靠近阀门的液体流速由正常 降低至零，压强增大。这种减速增压的增压波以弹性波速的形式 上行传播，历时 一段时间 到达上游末端,以压强恢复为原始压强的减速减压常压波向下行传播,经历同样的时间回到阀门。此后再以压强低于原值的增速减压波上行传播，又以增速增压的常压波下行回到阀门。完成整个水击周期 。以后将不断地重复上述波动过程。阀门突然开启时，水锤现象与上述情况相反。如果不存在水力摩阻，则上述的水锤过程将永远地反复下去，但由于水力摩阻的存在，水锤过程不可能永远地振荡下去，水流冲击波因摩擦损失而逐渐衰减，在一定时段内逐渐消失。 4 水锤压强

水流冲击波在阀门和水库之间往返一次所需的时间，称为一个相长，如果引起水流速度突然变化发生的时间小于一个相长，此种水流冲击波为直接水锤，如果引起水流速度突然变化发生的时间大于一个相长，此种水流冲击波为间接水锤。由于直接水锤破坏性大，故此处只列出水锤压强最大值的公式，p=ρ.α. v，p为水锤压强最大值，ρ为液体的密度，α水流冲击波的传播速度，v为水击前管中平均流速，从上式中可以得出结论：水锤压强最大值只与水流冲击波传播速度和水击前管中平均流速有关。故在预防水锤时直接水锤为主要预防对象，并且应尽量降低水锤压强的最大值。

5 水锤的预防措施

在建筑工程各类给水管道设计中，已经采取相当多的技术措施，如尽量缩短管道长度或保证阀门一定的启闭时间；如增大管道直径以降低管中流速，从而使水锤发生时速度的变化量降低，相应地减小水锤压力的数值；如在管道上装设安全阀及抗水锤的专用阀门，当管中压力升高值超过允许数值时，安全阀开启泄压，使管中压力不致有过大的升高等一系列防范措施。运行时对于压力管道发生水锤时，也能采取适当处理措施控制防范水锤的产生与扩大： 5.1 压力管道内留有蒸汽或空气而发生水锤时，可暂将水泵停运，停止管道内水锤的能量的来源，并同时开启管道上的空气阀，排出空气，打开低点疏水阀，排尽积水。检查管道系统的放空阀没有空气排出，排水阀无积水排出时，关闭排水阀，对水泵出口阀前管道系统进行注水，此时注意放空阀不能关闭，在注水期间观察放空阀的空气排出情况。当放空阀排出的水流趋于稳定时，关闭放空阀，重新启动水泵运行，但注意水泵出水阀后的放空阀要处于打开状态，待出水流水稳定后在关闭。

此类水锤一般容易发生在循环水管道系统，最易形成水锤的运行工况是循环水泵启、停，出口蝶阀开、关过程时。避免发生水锤的措施是：水泵出口蝶阀开、关行程的时间曲线应符合设计要求进行调整，启泵前应设法向管道系统内灌水、排尽空气，启泵后再排出剩余的空气。

5.2 水泵或出口逆止阀工作不正常而发生水锤时，应及时切换为备用泵运行，检查水泵及逆止阀。若是流量不稳、波动大引起的，则应设法调整相关水泵或阀门以保持流量稳定。

5.3 要注意高温饱和水管道及相关设备的调节，防止压力骤然下降，管道内饱和水汽化引起冲击。此类水锤容易发生在凝结水管道和中低压给水管道系统中，因此在这些系统运行时，应特别注意阀门开启和关闭时间的调节。

5.4 根据管道特性调整各类电动阀门启闭时间，适当延长阀门的启闭时间。采用正确的阀门操作方法，管道操作中启停过程应严格按照调试和运行规程控制阀门的开关顺序及速度。

总之水锤在有压管道中是客观存在的，在建筑汽（水）压力管道中也是一个非常普遍的问题，并且危害非常大。但只要能正确认识水锤发生的原因，在工程中采用合理的预防措施和操作方法，一定能将水锤的危害降到最低。

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