长输管线安全防护四原则

长输管线安全防护四原则 

在国内短时间内出现了密集的大规模大流量输水工程，如何对此类系统进行安全的讨论是个非常实际的问题，不能等到事故集中爆发时期，再行思考。 

经过一段时间的项目锻炼、工程实验，我们有了这样的小结，不妨抛砖引玉写出来，让大家讨论并加入更切实可行的方案，一同完善这方面的内容，并达成此类项目安全防护内容的共识。 

长输管线的安全防护，是一个需要综合考虑的平台，并不指一台阀，一个罐的技术特性，而是一个小型而健全的安全系统，其内容大致包括：监测、控制、事故预案以及后期数理反演评估。 

一．监测

水系统的监测无非流量与压力，一个表示动能，一个表示势能。相对来说，流量测量造价高，国内外皆不可能随处采用。相对来说，压力测量比较容易，费用低廉，国内外广为应用。 

然而，我们现在应用的压力监测，或有线传输或无线传输，其传输间隔较长，经常是10分钟或15分钟。管理人员收集这些数据多为管理提供指导，权且定义其为“管理型”压力感测。 

“管理型”压力感测平时仅起到指示管理的作用，大致了解工程的运行情况，并可以得到相应的运行规律及特点。 

但是，该类型压力感测并不能及时判明管线系统可能存在的如渗漏、管线运行状况等技术性问题。如同监视一个人，“管理型”压力感测只会告诉我们那人活着，但却不能明确那人的生活状态以及每时每刻的动态，并因之而产生的未来动向。 

因此，我们需要另一种“技术型”的监测。在这样的监测状态下，压力应该被实时监测，在出现明显的压力波动时，数据时间间隔必须足够短，如达到0.1秒，才可以将波动的压力包络住；当然，此时系统应当相应地考虑数据不可过大，致使系统经常性地“溢流”（超负荷）。 

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必要时，高频实时采集数据会明确系统存在的一些不确定隐患，及时反应水力的变化情况。其本身的意义以及为之后数理反演提供了非常重要的基础。 

监测系统不仅沿线设置，还应当在一些调节节点处设置，比如控制阀的阀前后等位置。同时，安装在空气阀底部还可以间接地判明空气阀是否有效地工作，等等。 

二．控制

对于长输管线，控制是必须的。当然水系统的控制亦无非两项：流量和压力。 

水泵流的控制主要有水泵的切换以及变频水泵等。实际的长途输水水泵流的项目当中，不乏有针对末端用户压力、末端水池液位的变频调节。这样的调节起到了非常有益的作用，使得管线的运行趋于合理。 

当然变频调节针对高程、沿程阻力等不同条件的适应情况需要具体问题具体分析，此处不再赘述，会有具体章节讨论。 

重力流的控制，因为目前的普遍不重视，则需要再次强调。其内容主要如下： 

? 限流，从而限制流量的大范围变化，让系统在合理的流量范围下波动； 

? 调节，对压力进行调节，力争避免出现某些工况下长期高压运行的工况； 

? 精确地实施跟踪流量的压力调节，在面对市政管网的供水，如变频水泵一样，随着

不同的流量消耗而给出合适的供水压力。 

在以上数种的调节功能之外，还必须具备关断、隔离以及保护功能： 

? 防水锤关闭功能，在阀门调节或者关闭时，不允许速度过快，产生阀前的压力升高，

阀门自诊断阀前的压力变化，自动调节阀门的关闭速度； 

? 紧急隔断功能，即在管线出现事故状况时，允许现场或远程控制快速关闭，将系统

分隔，减少损失，保护管线其它部分； 

? 自动的过流保护，当阀门之后系统出现流量突然增加的情况时，阀门自动关闭，

并

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报警。 

在控制节点处，应有密切的监测系统。对每次的调节都在监视下进行，不盲目。 

当然，当水泵流与重力流混在一个工程里时，其流量的调节等等，除了应该计算设计流量工况之外，也是需要进行切合实际的调节形式内容的考虑。 

三．事故预案

上节所描述的“关断，隔离以及保护”功能本身也是事故预案的一种。实践当中，防止事故的根本办法就是上一节所述的，在最为合理调节的工况下实现管线运行。而本节，则是针对事故发生之后应当考虑采取的预案性措施。 

事故，可分为水锤事件和非水锤事件。 

关于水锤事件，应当进行严谨的水锤分析计算，对水锤进行综合评估，并选择最为合适的解决方案。积极预防以及解决水锤，减少破坏。 

非水锤事件，一般指因渗漏、地基、

管材、施工、安装等问题引发的事故。在

大型输水项目当中，事故预案是必须考虑

的。应当具有： 

? 紧急远程开启排放； 

? 现场手动快速开启排放； 

? 自动感应系统的压力变化，并自

驱开启。 

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应对非水锤事件当中应急泄放，可以有效地降低事故的损失，具有重要的现实意义。 

四．数理反演

上个世纪九十年代，欧美等国在应用瞬变流计算反演管网漏失率方面取得了踏实的学术进步。 

随着研究的展开，由理论反演漏失率这一单方面的论题逐渐上升到对管线或管网的综合评估的理论。 

相对长输管线的评估，此时已经显得比较直接和成熟。世界上已经存在这样的专业机构和商业公司开始对类似的项目提供咨询和服务。 

在第一节压力技术性测量及收集的器材基础上，数理反演得以实现。尤其在管线运行初期的数年间，项目无法考虑大投入进行

全线的物理探测与评估时，数理反演与

评估是非常值得应用的。它具有：价廉、

准确、综合等特点，在与具体运行紧密

结合的方式下，及时对管线的运行情况

给予分析，并提出更为合理的建议与方

案。 

简单地讲，在精确了基础之后，数

学模型的分析数据与现实进行对比，并做统计。 

得出的差异通过适当的计算方法进行归纳与统计，并得出逻辑分析结论。具有较大的计算量以及数理分析内容。 

参考文献： 

Leak Detection in Pipelines using the Damping of Fluid Transients,DOI:  

10.106/(ASCE)0733‐9429(2002)128:7(697) 

                                                黄晖   

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