常見(jiàn)管道系統(tǒng)水錘與防護(hù)

關(guān)于常見(jiàn)管道系統(tǒng)水錘與防護(hù)一城市供水管網(wǎng)復(fù)雜管系水錘與防護(hù)第2頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天城市供水管網(wǎng)供水管系：組成：管道、閥門(mén)、調(diào)壓室、水池（庫(kù)）、水泵等元件水錘計(jì)算：特征線法內(nèi)外邊條：計(jì)算各個(gè)元件任一時(shí)刻的邊界條件和每一管道內(nèi)計(jì)算斷面水頭和流量初條：特征線法計(jì)算管系恒定流動(dòng)關(guān)鍵問(wèn)題：管線信息圖、信息存儲(chǔ)方法需靈活簡(jiǎn)單第3頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天城市供水管網(wǎng)——水錘計(jì)算一、定常系統(tǒng)的解（《瞬變流》11章）1、管網(wǎng)定常流求解形式（1）單回路平衡、單節(jié)點(diǎn)平衡（利用HardyCross法）（2）聯(lián)立的回路平衡（多回路方程聯(lián)立）（3）聯(lián)立的節(jié)點(diǎn)平衡（多節(jié)點(diǎn)方程聯(lián)立）2、計(jì)算模型對(duì)不到100根管子的小系統(tǒng)，利用HardyCross法——平差Todini和Pilati（1987）梯度法、Osiadacz（1987）牛頓環(huán)節(jié)點(diǎn)迭代法——如何替換迭代節(jié)點(diǎn)水壓上有所區(qū)別第4頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天EPANET計(jì)算模型EPANET采用Todini（1987）梯度法——基于節(jié)點(diǎn)水壓法的流量修正原則：事先假定的流量可能不滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡——修正控制方程：節(jié)點(diǎn)水壓方程AH＝F、節(jié)點(diǎn)流量連續(xù)性方程（修正方程）AH＝F：A（N×N）雅可比矩陣H（N×1）未知節(jié)點(diǎn)水頭F（N×1）節(jié)點(diǎn)流量不平衡的修正系數(shù)計(jì)算方法：估算每個(gè)管段的初始流量（基于經(jīng)濟(jì)V→Q，Qpump用設(shè)計(jì)值假設(shè)），誤差導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)流量不平衡第5頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天用特征線法計(jì)算恒定流定常狀態(tài)下特征線方程第二項(xiàng)為零即可與特征線法統(tǒng)一管道水頭流量?jī)H與常數(shù)和邊界條件有關(guān)，與B無(wú)關(guān)第6頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天城市供水管網(wǎng)——水錘計(jì)算二、索引（《瞬變流》11章）定義：一種整型數(shù)組，將系統(tǒng)的幾何形態(tài)和性能按特定數(shù)字型進(jìn)行描述，使程序能夠有效的求解各種邊界條件。節(jié)點(diǎn)類(lèi)型的明顯特征是：有任意數(shù)目的輸入和輸出管路，以及一個(gè)出流口或水庫(kù)編碼規(guī)則：（±節(jié)點(diǎn)編號(hào)；±管道數(shù)目；±管道1編號(hào)；±在節(jié)點(diǎn)處的管道1截面編號(hào)；±管道2編號(hào)；±在節(jié)點(diǎn)處的管道2截面編號(hào)……）→這個(gè)索引用來(lái)為帶有雙標(biāo)號(hào)的流量和壓頭作標(biāo)記；第7頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天城市供水管網(wǎng)——水錘計(jì)算二、索引——節(jié)點(diǎn)類(lèi)型規(guī)則普通節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)＋，管道數(shù)目＋出口端Q(t)已知：節(jié)點(diǎn)＋，管道數(shù)目-水庫(kù)：節(jié)點(diǎn)－，管道數(shù)目＋閥門(mén)：節(jié)點(diǎn)－，管道數(shù)目－——只能進(jìn)行簡(jiǎn)單信息的存儲(chǔ)第8頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天城市供水管網(wǎng)大型復(fù)雜管網(wǎng)——拓?fù)鋵W(xué)線性圖（有向圖）：節(jié)點(diǎn)、支路（標(biāo)明支路參考方向）支節(jié)關(guān)聯(lián)或節(jié)支關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（參考）節(jié)點(diǎn)類(lèi)型：一維數(shù)組普通節(jié)點(diǎn)、恒壓節(jié)點(diǎn)、空氣閥、閥門(mén)或水嘴、水泵……節(jié)支關(guān)聯(lián)：四個(gè)一維數(shù)組：關(guān)聯(lián)支路編號(hào)、支路參考方向代號(hào)、與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的支路數(shù)、第一個(gè)關(guān)聯(lián)支路編號(hào)在編號(hào)數(shù)組中的位置——適合復(fù)雜管路！第9頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天二城市熱水供熱網(wǎng)第10頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)背景：集中供熱系統(tǒng)系統(tǒng)：熱網(wǎng)依靠泵作為傳輸動(dòng)力，閘門(mén)控制管路流量；循環(huán)管路工況：斷電、停泵、關(guān)閥、熱負(fù)荷變化事故：管道劇烈振動(dòng)、保溫層脫落、補(bǔ)水箱和高位膨脹管大量冒水、毀壞設(shè)備管道、威脅系統(tǒng)安全發(fā)展趨勢(shì)：熱源單位熱容量增加，危險(xiǎn)性增加大管徑、長(zhǎng)距離的大規(guī)模增壓泵站系統(tǒng)大量調(diào)節(jié)閥、閘板閥增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性第11頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)誘發(fā)水錘的常見(jiàn)工況閥門(mén)的正常啟閉正?；蚴鹿释１帽没蜷y門(mén)的機(jī)械故障一、二級(jí)系統(tǒng)流量不匹配，使二級(jí)水過(guò)熱，引起流量變化、壓力波動(dòng)空泡形成和潰滅：高溫水在管中汽化后向鍋爐加水，水溫降低并充滿蒸汽管道，誘發(fā)空泡潰滅水錘第12頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)水錘計(jì)算熱網(wǎng)管道系統(tǒng)的索引和編碼水錘基本方程系統(tǒng)氣液兩相流邊界條件管道中單泵邊界：停泵邊界（水頭平衡、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量方程）、啟泵邊界（水頭平衡）調(diào)節(jié)閥：正、反向流的孔口方程管道并串聯(lián)：管道串聯(lián)接點(diǎn)、分叉管、短管接頭（集中慣性）第13頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)水錘計(jì)算邊界條件熱用戶邊界：能量方程、連續(xù)方程、孔口方程聯(lián)立得正、反向流的孔口方程（P205～206）水加熱器邊界：進(jìn)、出水室（集中流容）、散熱管（當(dāng)量管）熱電廠供熱模型熱電廠供熱模型第14頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)分析工況主供水管閥門(mén)關(guān)閉、設(shè)計(jì)緩閉、延遲停泵主供水管閥門(mén)關(guān)閉循環(huán)泵突然停泵無(wú)旁通管、有旁通管補(bǔ)給水泵故障，輸水量減少斷電工況用戶熱量減少或增加15％供熱管網(wǎng)模型第15頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)計(jì)算結(jié)果第16頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱水供熱網(wǎng)水錘防護(hù)根據(jù)計(jì)算結(jié)果合理調(diào)度可控緩閉逆止閥調(diào)壓罐進(jìn)、排氣閥第17頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天三循環(huán)冷卻系統(tǒng)第18頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天核電站冷卻塔第19頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天燃煤電廠工藝流程第20頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天火力發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)循環(huán)冷卻系統(tǒng)工藝管線第21頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天循環(huán)冷卻系統(tǒng)及配水系統(tǒng)冷卻過(guò)程第22頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天冷卻塔配水噴淋管網(wǎng)雙豎井日字型內(nèi)外分區(qū)配水單豎井內(nèi)外分區(qū)配水第23頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天火電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻塔集水池→進(jìn)水前池→循環(huán)泵房→壓力母管→凝汽器→循環(huán)水回水管→上塔配水管→噴頭出口計(jì)算簡(jiǎn)圖第24頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天火電廠開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)進(jìn)水前池→循環(huán)泵房→循環(huán)水壓力母管→凝汽器（水-水熱交換器）→循環(huán)水排水溝→排水口計(jì)算簡(jiǎn)圖第25頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天開(kāi)式循環(huán)水管道系統(tǒng)的簡(jiǎn)化第26頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天系統(tǒng)邊界處理凝汽器邊界：集中流容和當(dāng)量管循環(huán)泵、可控逆止閥邊界集水池邊界分岔管邊界水柱分離與彌合邊界第27頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天核電廠美國(guó)14年間報(bào)告67起壓水堆核電廠的水錘事件：一回路13％，二回路78％（主蒸汽回路占40％，主給水回路占60％），三回路9％。一回路：核島；停泵關(guān)閥水錘管路連接著堆芯壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵、穩(wěn)壓器及許多輔助系統(tǒng)二回路：常規(guī)島；實(shí)現(xiàn)核能與電能轉(zhuǎn)換；主蒸汽回路、主給水回路三回路：循環(huán)水回路第28頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天核電廠一、二、三回路第29頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天一回路第30頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天一回路邊界及計(jì)算工況邊界條件堆芯壓力容器：進(jìn)口管、水箱、當(dāng)量管蒸汽發(fā)生器：進(jìn)口管、倒U型管、細(xì)管穩(wěn)壓器：縮頸氣室冷卻主泵：全特性線WH(x）WB(x)計(jì)算工況停泵不關(guān)閥泵轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大停泵，閥門(mén)在Tv內(nèi)線性關(guān)閉停泵閥門(mén)在Tv后關(guān)閉，或一步關(guān)閥，模擬泵軸突然卡死工況3，無(wú)穩(wěn)壓器，評(píng)估穩(wěn)壓器作用工況3，有穩(wěn)壓器工作第31頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天二回路主蒸汽回路在負(fù)載調(diào)節(jié)時(shí)的汽錘計(jì)算主要邊界主要工況主給水系統(tǒng)水錘計(jì)算主要邊界：冷凝器、冷凝泵、除鹽裝置、凝升泵、軸封加熱器、調(diào)節(jié)閥、低加、除氧器、前置泵、高壓主泵、高加、止回閥、蒸汽發(fā)生器第32頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天加熱器或凝汽器邊界的概化第33頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天四長(zhǎng)距離輸送管道第34頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天長(zhǎng)距離輸送管道長(zhǎng)輸系統(tǒng)特點(diǎn)：低揚(yáng)程大流量泵，揚(yáng)程主要用于補(bǔ)償沿程損失，額定揚(yáng)程<100m,一般30~60m，局損可忽略長(zhǎng)管系統(tǒng)必須考慮水和管道的彈性趨勢(shì)：大型化、連續(xù)化、關(guān)系復(fù)雜、地形復(fù)雜、介質(zhì)多樣現(xiàn)象：坡頂負(fù)壓段空化、坡地管道水柱拉斷，水柱彌合、氣錘、啟動(dòng)過(guò)程空管發(fā)生水錘原因正常起停泵、機(jī)組不穩(wěn)定運(yùn)行、動(dòng)力故障、調(diào)節(jié)流量、中間站運(yùn)行參數(shù)變化、站內(nèi)發(fā)生回流、線路分流和急流、安全閥啟閉第35頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天中芯國(guó)際至長(zhǎng)江排水管——長(zhǎng)距離輸送管第36頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天長(zhǎng)距離輸送管道水錘分析目的及注意事項(xiàng)模擬管網(wǎng)瞬態(tài)水力情況鑒別管道、設(shè)備是否安全確定進(jìn)、排氣閥及其他防護(hù)措施的布置和尺寸注意局部短管處理，防止時(shí)間步長(zhǎng)過(guò)小計(jì)算不經(jīng)濟(jì)水錘防護(hù)措施根據(jù)水錘計(jì)算結(jié)果合理調(diào)度啟動(dòng)充水泵，泵后旁通管進(jìn)、排氣閥調(diào)壓罐（塔）第37頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天長(zhǎng)輸管道地形及水錘計(jì)算結(jié)果最高處：長(zhǎng)期汽化狀態(tài)30公里，31個(gè)節(jié)點(diǎn)較低處：初始振蕩，正壓狀態(tài)停泵后計(jì)算結(jié)果第38頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天長(zhǎng)距離輸油系統(tǒng)第39頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天并、串聯(lián)油泵站系統(tǒng)——泵旁路的計(jì)算停泵惰轉(zhuǎn)過(guò)渡過(guò)程中旁路開(kāi)通，比較壓差，判斷旁路流量，與停泵相關(guān)方程聯(lián)立參考《瞬變流》附錄程序第40頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天其他邊界元件——泄壓閥、換熱器、相變工作原理類(lèi)似水錘消除器：由常壓空氣控制泄流壓力由氮?dú)鈮毫刂菩沽鲏毫?，?jù)此計(jì)算泄流量和經(jīng)由壓頭損失非接觸熱交換提高原有溫度降低輸送能耗采用集中慣性元件（剛性水錘段：滿足運(yùn)動(dòng)方程）第41頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天鐵嶺－大連密閉油路輸送系統(tǒng)工況：終點(diǎn)閥門(mén)突然關(guān)閉，20S后全線停輸工況

——首站壓力和全線節(jié)點(diǎn)最大、最小壓力包絡(luò)線第42頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天五大型排水泵站主要工況：?jiǎn)?dòng)水錘特點(diǎn)：短管系統(tǒng)、剛性水錘計(jì)算第43頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天斷流措施傳統(tǒng)斷流措施流道阻力大、門(mén)體易損壞、系統(tǒng)難維護(hù)1、拍門(mén)斷流方式:啟動(dòng)困難、停機(jī)有時(shí)難落位、投資大2、快速閘門(mén)斷流方式:效率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)資金、十分危險(xiǎn)3、人工封堵流道方式:第44頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天壓縮空氣斷流方法發(fā)明技術(shù)第45頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天活頁(yè)閘門(mén)快速斷流方法第46頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天與活頁(yè)式快速閘門(mén)聯(lián)合運(yùn)用的實(shí)施例排氣第47頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月