輸水管道系統(tǒng)自動(dòng)化控制運(yùn)行管理模式

摘要:長(zhǎng)距離輸水管道在運(yùn)行管理過(guò)程中難度大、存在隱患多，創(chuàng)建一套行之有效的管理模式已經(jīng)迫在眉睫。以新疆某重力式長(zhǎng)距離輸水管道工程為例，闡述了該工程通過(guò)自動(dòng)化控制方式下不同工況的運(yùn)行管理方式。提高了工程運(yùn)行管理效率，減少了工程事故率。

關(guān)鍵詞:長(zhǎng)距離;管道;自動(dòng)化;運(yùn)行管理

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，以及相關(guān)行政主管部門(mén)對(duì)水資源宏觀(guān)調(diào)配的不斷加強(qiáng)，越來(lái)越多的長(zhǎng)距離輸水管道項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)［1－2］。該類(lèi)工程線(xiàn)路長(zhǎng)，取水建筑物、輸水系統(tǒng)、消能建筑物等附屬建筑物多，其在運(yùn)行管理過(guò)程中存在較多難題和安全隱患，且目前國(guó)內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一的運(yùn)行管理辦法［3］。鑒于此，本文以新疆某長(zhǎng)距離輸水管道工程為例，初步探討該工程在運(yùn)管過(guò)程中的自動(dòng)化管理模式，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

1工程概況

該輸水工程地處新疆某市縣，分一、二期建設(shè)，管線(xiàn)全長(zhǎng)78．2km，取水方式為滲管+滲水廊道，管線(xiàn)首部高程為2320．00m，自取水口至輸水主管末端高差約920m。采用球墨鑄鐵管、涂塑鋼管及PVC－UH管、管徑DN1200～DN500mm，設(shè)計(jì)流量1．08m3/s。該工程首尾地形落差大，沿線(xiàn)分水口多達(dá)11處，加之管線(xiàn)橫跨兩市縣，且取水建筑物及近15km管道埋設(shè)于河道內(nèi)，給后期的運(yùn)行管理造成較大困難。鑒于此，結(jié)合現(xiàn)代工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本工程在管線(xiàn)施工過(guò)程中同步跟進(jìn)自動(dòng)化控制［4］。設(shè)計(jì)過(guò)程中為保證工程安全，按照地形走勢(shì)及沿線(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)分水的壓力需求，共設(shè)置10級(jí)調(diào)流消能閥井［5］，其中地形落差大于100m的消能方式為調(diào)流消能閥后接消能井、調(diào)節(jié)水池，見(jiàn)圖1。地形落差小于100m的采用調(diào)流消能閥在線(xiàn)消能［6］，見(jiàn)圖2。本工程消能閥沿線(xiàn)布置詳見(jiàn)表1。

2自動(dòng)化控制簡(jiǎn)介

本工程管道自動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)控中心、LCU現(xiàn)地控制柜等組成。通過(guò)LCU現(xiàn)地控制柜可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門(mén)進(jìn)行操作，同時(shí)利用遠(yuǎn)程通信接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)度控制。自動(dòng)化系統(tǒng)具體可監(jiān)測(cè)以下內(nèi)容:各閥門(mén)開(kāi)度值、閥門(mén)限位狀態(tài)、閥門(mén)工作狀態(tài)(開(kāi)啟、停止、關(guān)閉)、壓力值、流量值、各水池水位值、電源總進(jìn)線(xiàn)電壓值、控制方式選擇開(kāi)關(guān)(遠(yuǎn)程、檢修、現(xiàn)地)狀態(tài)、各個(gè)(開(kāi)啟、停止、關(guān)閉)按鈕狀態(tài)等［7］。

3不同階段工程運(yùn)行管理模式

3．1初次充水或檢修后運(yùn)行階段

初次充水或檢修后運(yùn)行前，必須仔細(xì)先檢查取水建筑物、沿線(xiàn)管道及各類(lèi)閥井的運(yùn)行情況，是否發(fā)生破壞、消能井和水池內(nèi)是否有雜物等。對(duì)于閥門(mén)的檢查包括:①確保沿線(xiàn)調(diào)流消能閥、蝶閥、雙向調(diào)壓塔前的檢修蝶閥、泄水閥、分水閥、連通閥處于關(guān)閉狀態(tài);②確保沿線(xiàn)進(jìn)、排氣閥的檢修閘閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，進(jìn)、排氣閥可順暢進(jìn)氣、排氣;③確保沿線(xiàn)超壓泄壓閥前的檢修閘閥處于打開(kāi)狀態(tài)，超壓泄壓閥后的消能濕井內(nèi)水面低于排水管出口;④確保所有閥門(mén)及伸縮節(jié)連接螺栓緊固、伸縮節(jié)安裝長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)安裝長(zhǎng)度。對(duì)自動(dòng)化的檢查包括:①檢查管道各壓力傳感器是否安裝完好;②檢查各電磁流量計(jì)、顯示儀與電源是否連接正確;③沿線(xiàn)浮漂水位尺是否安裝到位并可處于自由升降狀態(tài);④LCU現(xiàn)地控制柜能是否正常啟閉閥門(mén)等。

3．2運(yùn)管過(guò)程充水階段

充水階段，全程采用自動(dòng)化控制進(jìn)行操作和監(jiān)測(cè)。(1)打開(kāi)取水建筑物首部檢修電動(dòng)蝶閥，以0．2m3/s的流量從取水口處向管道內(nèi)充水，流量通過(guò)電磁流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。待1號(hào)調(diào)流消能閥前壓力達(dá)到0．22MPa時(shí)，說(shuō)明該調(diào)流消能閥前管道全部充滿(mǎn)水，此時(shí)開(kāi)啟該調(diào)流消能閥，以0．2m3/s的流量向閥后消能井及調(diào)節(jié)水池充水，控制調(diào)節(jié)水池水深在1．2～3．5m之間，打開(kāi)水池后電動(dòng)檢修蝶閥，繼續(xù)向下游管道充水。同時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)水池水深，當(dāng)水深小于1．2m，立即報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉水池后電動(dòng)檢修蝶閥，防止水池拉空、管道內(nèi)進(jìn)氣;水深大于3．5m，立即報(bào)警并自動(dòng)調(diào)整取水建筑物首部電動(dòng)檢修蝶閥開(kāi)度，防止水池溢水。依次類(lèi)推，直至全線(xiàn)管道均為滿(mǎn)管運(yùn)行。(2)如需增大流量，可自上而下依次調(diào)整每座調(diào)流消能閥的開(kāi)度，各處調(diào)流消能閥流量每次最大增加0．1m3/s;按照上述方式，不斷調(diào)整進(jìn)口處蝶閥和沿線(xiàn)調(diào)流消能閥開(kāi)度，直至取水建筑物首部蝶閥和沿線(xiàn)調(diào)流消能閥全開(kāi)即達(dá)到現(xiàn)階段最大引水量。各分水管段的充水與上述充水方式相同。

3．3運(yùn)管過(guò)程中自動(dòng)化運(yùn)行

正常運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)化程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)沿線(xiàn)調(diào)流消能閥前后壓力、流量及水池水位等。各消能閥前壓力嚴(yán)禁超過(guò)表1中所列壓力最大允許值，若超過(guò)則自動(dòng)化控制系統(tǒng)立即報(bào)警，并按設(shè)計(jì)要求自動(dòng)調(diào)整調(diào)流消能閥開(kāi)度，同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)泄水閥，管道保護(hù)系統(tǒng)中的超壓泄壓閥及雙向調(diào)壓塔均可自動(dòng)啟動(dòng)，防止管道爆管。沿線(xiàn)電磁流量計(jì)所監(jiān)測(cè)的主管流量等于各分管流量之和，該數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。若流量相差超過(guò)0．02m3/s，自動(dòng)化立即報(bào)警，并根據(jù)程序中預(yù)設(shè)的水力學(xué)連續(xù)方程初步推斷管道發(fā)生滲漏的管段，方便運(yùn)管人員及時(shí)檢查搶修。自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)水位計(jì)監(jiān)測(cè)末端水廠(chǎng)蓄水池水位，根據(jù)水位的變化自動(dòng)調(diào)整沿線(xiàn)調(diào)流消能閥的開(kāi)度，正常運(yùn)行工況下可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理。

3．4放空檢修階段

放空可分為全線(xiàn)放空和局部放空。全線(xiàn)放空首先自下而上依次關(guān)閉各調(diào)流消能閥，直至關(guān)閉取水口處1號(hào)電動(dòng)檢修蝶閥，可分為2種情況:①根據(jù)用戶(hù)用水量將管道內(nèi)存水供給水廠(chǎng)，避免水資源浪費(fèi);②全線(xiàn)快速放空，各管段可自上而下依次開(kāi)啟各調(diào)流消能閥、檢修閥、泄水閥將管道內(nèi)水排空［8］。局部放空:自下而上依次關(guān)閉各調(diào)流消能閥，直至關(guān)閉取水口處1號(hào)電動(dòng)檢修蝶閥，局部管段放空以2座消能控制閥之間的管段控制，自上而下打開(kāi)放空管段的泄水閥，直到排干目標(biāo)管段內(nèi)的存水為止。不論哪種放空方式，在開(kāi)啟泄水閥前，應(yīng)核對(duì)閥前靜水壓力，一般控制為小于0．5MPa。當(dāng)閥前水頭大于0．5MPa時(shí)，開(kāi)啟放空段末端消能控制閥泄除部分壓力后再開(kāi)啟泄水閥。

3．5運(yùn)行階段檢修

檢修在管道放空后進(jìn)行，主要檢查管道取水建筑物、沿線(xiàn)里程樁、管道覆土、閥門(mén)井是否發(fā)生破壞。對(duì)所有閥門(mén)進(jìn)行檢修保養(yǎng)，檢查管道沿線(xiàn)陰極保護(hù)各參比電極、電壓，若對(duì)管道失去保護(hù)，應(yīng)查明原因，及時(shí)補(bǔ)救。閥門(mén)的檢修:查看閥體、閥井底板、井壁有沒(méi)有濕水現(xiàn)象;若有，則說(shuō)明該閥體關(guān)閉不嚴(yán)，記錄后下次充水時(shí)重點(diǎn)查看。閥門(mén)的保養(yǎng):松掉閥體進(jìn)口處的伸縮節(jié)，檢查閥體內(nèi)積聚的污物并清除、保養(yǎng)緊固螺栓，更換老舊墊片、重新安裝閥體并固定好伸縮節(jié)。檢修閥門(mén)后充水時(shí)，應(yīng)仔細(xì)排查所有閥井，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)自動(dòng)化控制手段，可有效提高工程運(yùn)行管理效率、減少工程事故率、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)引水情況，及時(shí)排查事故發(fā)生地點(diǎn)，該管理模式可為類(lèi)似工程提供借鑒。在工程運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)管道運(yùn)行過(guò)程中，必須滿(mǎn)管運(yùn)行，嚴(yán)禁出現(xiàn)明滿(mǎn)流交替的情況;(2)調(diào)節(jié)構(gòu)筑物出水口易發(fā)生管道進(jìn)氣的部位，水位異常時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)一旦報(bào)警，運(yùn)管人員應(yīng)密切關(guān)注系統(tǒng)調(diào)節(jié)情況，必要時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié);(3)若遭遇停電或自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，運(yùn)管單位可采用人工調(diào)節(jié)末端調(diào)流消能閥的方式控制末端水池水位，沿線(xiàn)調(diào)節(jié)建筑物均有溢水保護(hù)措施，可保證管道系統(tǒng)安全。

參考文獻(xiàn):

［1］中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)安大學(xué)．城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管(渠)道工程技術(shù)規(guī)程:CECS193:2005［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006．

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范:GB50268－2008［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008．

［3］李勛蕙．長(zhǎng)距離管道輸水工程幾個(gè)問(wèn)題研究［D］．銀川:寧夏大學(xué)，2015．

［4］張金承．阿圖什市工業(yè)園區(qū)供水工程利用管道水壓發(fā)電的可行性研究［J］．中國(guó)水能及電氣化，2013(09):48－51．

［5］李江，徐燕．重力流輸水工程分級(jí)減壓設(shè)計(jì)優(yōu)化與水錘防護(hù)分析［J］．水利水電技術(shù)，2015，46(09):89－94，99．

［6］楊照明，張金承．長(zhǎng)距離大落差重力流管道輸水技術(shù)［J］．水利建設(shè)與管理，2011，31(04):13－15，12．

［7］上海市建設(shè)和交通委員會(huì)，中華人民共和國(guó)建設(shè)部．室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50013－2006［S］．北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006．

［8］蘆綺玲，陳剛．輸水工程中壓力管道出口水流消能方法的試驗(yàn)研究［J］．西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(01):80－85．

作者：李燕波 廖柯 單位：新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院