輸水管道系統(tǒng)自動化控制運行管理模式

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

關鍵詞:長距離;管道;自動化;運行管理

隨著中國城鎮(zhèn)建設的不斷發(fā)展，以及相關行政主管部門對水資源宏觀調配的不斷加強，越來越多的長距離輸水管道項目開工建設［1－2］。該類工程線路長，取水建筑物、輸水系統(tǒng)、消能建筑物等附屬建筑物多，其在運行管理過程中存在較多難題和安全隱患，且目前國內外尚未形成統(tǒng)一的運行管理辦法［3］。鑒于此，本文以新疆某長距離輸水管道工程為例，初步探討該工程在運管過程中的自動化管理模式，可為類似工程提供借鑒。

1工程概況

該輸水工程地處新疆某市縣，分一、二期建設，管線全長78．2km，取水方式為滲管+滲水廊道，管線首部高程為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，設計流量1．08m3/s。該工程首尾地形落差大，沿線分水口多達11處，加之管線橫跨兩市縣，且取水建筑物及近15km管道埋設于河道內，給后期的運行管理造成較大困難。鑒于此，結合現(xiàn)代工程安全監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢，本工程在管線施工過程中同步跟進自動化控制［4］。設計過程中為保證工程安全，按照地形走勢及沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)分水的壓力需求，共設置10級調流消能閥井［5］，其中地形落差大于100m的消能方式為調流消能閥后接消能井、調節(jié)水池，見圖1。地形落差小于100m的采用調流消能閥在線消能［6］，見圖2。本工程消能閥沿線布置詳見表1。

2自動化控制簡介

本工程管道自動控制系統(tǒng)由監(jiān)控中心、LCU現(xiàn)地控制柜等組成。通過LCU現(xiàn)地控制柜可在現(xiàn)場對閥門進行操作，同時利用遠程通信接口實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測和調度控制。自動化系統(tǒng)具體可監(jiān)測以下內容:各閥門開度值、閥門限位狀態(tài)、閥門工作狀態(tài)(開啟、停止、關閉)、壓力值、流量值、各水池水位值、電源總進線電壓值、控制方式選擇開關(遠程、檢修、現(xiàn)地)狀態(tài)、各個(開啟、停止、關閉)按鈕狀態(tài)等［7］。

3不同階段工程運行管理模式

3．1初次充水或檢修后運行階段

初次充水或檢修后運行前，必須仔細先檢查取水建筑物、沿線管道及各類閥井的運行情況，是否發(fā)生破壞、消能井和水池內是否有雜物等。對于閥門的檢查包括:①確保沿線調流消能閥、蝶閥、雙向調壓塔前的檢修蝶閥、泄水閥、分水閥、連通閥處于關閉狀態(tài);②確保沿線進、排氣閥的檢修閘閥處于開啟狀態(tài)，進、排氣閥可順暢進氣、排氣;③確保沿線超壓泄壓閥前的檢修閘閥處于打開狀態(tài)，超壓泄壓閥后的消能濕井內水面低于排水管出口;④確保所有閥門及伸縮節(jié)連接螺栓緊固、伸縮節(jié)安裝長度為設計安裝長度。對自動化的檢查包括: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、顯示儀與電源是否連接正確;③沿線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等。

3．2運管過程充水階段

充水階段，全程采用自動化控制進行操作和監(jiān)測。(1)打開取水建筑物首部檢修電動蝶閥，以0．2m3/s的流量從取水口處向管道內充水，流量通過電磁流量計進行監(jiān)測。待1號調流消能閥前壓力達到0．22MPa時，說明該調流消能閥前管道全部充滿水，此時開啟該調流消能閥，以0．2m3/s的流量向閥后消能井及調節(jié)水池充水，控制調節(jié)水池水深在1．2～3．5m之間，打開水池后電動檢修蝶閥，繼續(xù)向下游管道充水。同時自動監(jiān)測水池水深，當水深小于1．2m，立即報警并自動關閉水池后電動檢修蝶閥，防止水池拉空、管道內進氣;水深大于3．5m，立即報警并自動調整取水建筑物首部電動檢修蝶閥開度，防止水池溢水。依次類推，直至全線管道均為滿管運行。(2)如需增大流量，可自上而下依次調整每座調流消能閥的開度，各處調流消能閥流量每次最大增加0．1m3/s;按照上述方式，不斷調整進口處蝶閥和沿線調流消能閥開度，直至取水建筑物首部蝶閥和沿線調流消能閥全開即達到現(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運管過程中自動化運行

正常運行過程中，自動化程序實時監(jiān)測沿線調流消能閥前后壓力、流量及水池水位等。各消能閥前壓力嚴禁超過表1中所列壓力最大允許值，若超過則自動化控制系統(tǒng)立即報警，并按設計要求自動調整調流消能閥開度，同時啟動相應泄水閥，管道保護系統(tǒng)中的超壓泄壓閥及雙向調壓塔均可自動啟動，防止管道爆管。沿線電磁流量計所監(jiān)測的主管流量等于各分管流量之和，該數據實現(xiàn)自動化監(jiān)測。若流量相差超過0．02m3/s，自動化立即報警，并根據程序中預設的水力學連續(xù)方程初步推斷管道發(fā)生滲漏的管段，方便運管人員及時檢查搶修。自動化控制系統(tǒng)通過水位計監(jiān)測末端水廠蓄水池水位，根據水位的變化自動調整沿線調流消能閥的開度，正常運行工況下可實現(xiàn)無人化管理。

3．4放空檢修階段

放空可分為全線放空和局部放空。全線放空首先自下而上依次關閉各調流消能閥，直至關閉取水口處1號電動檢修蝶閥，可分為2種情況:①根據用戶用水量將管道內存水供給水廠，避免水資源浪費;②全線快速放空，各管段可自上而下依次開啟各調流消能閥、檢修閥、泄水閥將管道內水排空［8］。局部放空:自下而上依次關閉各調流消能閥，直至關閉取水口處1號電動檢修蝶閥，局部管段放空以2座消能控制閥之間的管段控制，自上而下打開放空管段的泄水閥，直到排干目標管段內的存水為止。不論哪種放空方式，在開啟泄水閥前，應核對閥前靜水壓力，一般控制為小于0．5MPa。當閥前水頭大于0．5MPa時，開啟放空段末端消能控制閥泄除部分壓力后再開啟泄水閥。

3．5運行階段檢修

檢修在管道放空后進行，主要檢查管道取水建筑物、沿線里程樁、管道覆土、閥門井是否發(fā)生破壞。對所有閥門進行檢修保養(yǎng)，檢查管道沿線陰極保護各參比電極、電壓，若對管道失去保護，應查明原因，及時補救。閥門的檢修:查看閥體、閥井底板、井壁有沒有濕水現(xiàn)象;若有，則說明該閥體關閉不嚴，記錄后下次充水時重點查看。閥門的保養(yǎng):松掉閥體進口處的伸縮節(jié)，檢查閥體內積聚的污物并清除、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)。檢修閥門后充水時，應仔細排查所有閥井，嚴禁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

4結語

綜上所述，通過自動化控制手段，可有效提高工程運行管理效率、減少工程事故率、實時監(jiān)測引水情況，及時排查事故發(fā)生地點，該管理模式可為類似工程提供借鑒。在工程運行過程中，還應注意以下幾點:(1)管道運行過程中，必須滿管運行，嚴禁出現(xiàn)明滿流交替的情況;(2)調節(jié)構筑物出水口易發(fā)生管道進氣的部位，水位異常時自動化監(jiān)測一旦報警，運管人員應密切關注系統(tǒng)調節(jié)情況，必要時手動調節(jié);(3)若遭遇停電或自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，運管單位可采用人工調節(jié)末端調流消能閥的方式控制末端水池水位，沿線調節(jié)建筑物均有溢水保護措施，可保證管道系統(tǒng)安全。

參考文獻:

［1］中國市政工程東北設計研究院，長安大學．城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道工程技術規(guī)程:CECS193:2005［S］．北京:中國計劃出版社，2006．

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范:GB50268－2008［S］．北京:中國計劃出版社，2008．

［3］李勛蕙．長距離管道輸水工程幾個問題研究［D］．銀川:寧夏大學，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］．中國水能及電氣化，2013(09):48－51．

［5］李江，徐燕．重力流輸水工程分級減壓設計優(yōu)化與水錘防護分析［J］．水利水電技術，2015，46(09):89－94，99．

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

［7］上海市建設和交通委員會，中華人民共和國建設部．室外給水設計規(guī)范:GB50013－2006［S］．北京:中國計劃出版社，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研究［J］．西安理工大學學報，2008(01):80－85．

作者：李燕波 廖柯 單位：新疆水利水電勘測設計研究院