长距离输水管线试通水方案的论证与分析

孔春艳,王晨光

(中国电建集团港航建设有限公司,天津 300000)

0 引 言

长距离输水管线工程使用的主要管材为钢管,长距离输水管线安装完成后为了提前掌握整套设备在联合运转过程中实际运行参数以及可能出现的问题,预判各参数实际运行数值、设计参数、相应的设计标准和运行规程的差距,必须在整套投运前进行试通水试[1]。对试通水试验中发现的设备故障以及运行参数偏差,及时采取相应的措施,确保整体管线工程安全、高效投运。

1 试通水方案的论证分析

长距离输水管线试通水方案的论证与分析需要综合考虑技术、环境、经济和水资源可持续性等多个因素,以选择最合适的方案,确保项目的成功实施。

长距离输水管线试通水方案的论证与分析通常需要考虑以下4个方面:

1)技术可行性:首先需要评估管线的设计、材料和施工技术的可行性。确定所选用的输水管线是否能够满足预期的输水量,并且能够抵抗压力、温度和其他外部因素的影响。

2)环境影响评估:试通水方案应包括对环境的影响评估。评估输水管线对地貌、生态系统和水资源的影响,尤其是对沿途地区的环境和居民的影响。

3)经济可行性:试通水方案需要进行经济评估,确定建设和运行成本以及预期收益。这些成本可能包括土地征用费用、管道设备购买费用、施工人工费用等。经济评估应该考虑长期运营和维护的成本,并与其他可行的供水方案进行比较。

4)水资源可持续性:在进行试通水方案的论证与分析时,需要考虑输水管线的长期可持续性。评估水资源的储量和供应能力,以及输送水资源对源地和接收地的可持续性影响。需要考虑到气候变化、降水量变化和可能发生的自然灾害等因素。

2 试通水方案的总体要求

2.1 总体技术要求

试通水方案总体运行的技术要求:根据设计单位所提供的整套运行设计方案,统筹规划试通水试验中所涉及的设备和管线与建筑物之间的相互联系,依据所有设备和管线的设计运行参数和过流量,确保在试通水试验中所有节点参数均达到设计要求。管线沿途供水点的水压和水位与设计参数相匹配,尤其是水质参数确保达到国家相应水质强制标准。

长距离输水管线试通水方案应以安全性、技术可行性、可持续性、经济效益和社会影响为总体要求,在方案设计和实施过程中充分考虑并平衡这些因素。

1)安全性:试通水方案必须确保安全性是首要考虑的因素。这包括对人员、设备和环境的安全进行全面的评估和防护措施。必须制定应急预案,为可能发生的事故提供应急处理,确保人员的生命安全和财产安全。

2)技术可行性:试通水方案必须基于技术可行性进行设计。选取适当的管材和设备、设计合理的管线布置和施工方法,确保输水管线能够承受预期的水压和水量,并满足预期的输送要求。

3)可持续性:试通水方案需要考虑可持续性因素。包括水资源的合理利用和保护,是否会对环境产生不可逆转的影响。同时还要评估管线的可维护性和可持续性,以确保长期稳定运行并进行必要的维护和修复。

4)经济效益:试通水方案必须经济可行,即投入产出比要合理。在方案设计和实施过程中,需要对成本进行全面评估,并进行经济效益的分析。对于长距离输水管线来说,要综合考虑建设、运营和维护等方面的费用,并与其他可行的供水方案进行比较。

5)社会影响:试通水方案的实施需考虑社会影响因素。包括对周边社区和居民的影响评估,充分沟通和协商,尊重相关利益相关者的权益,尽可能减少不良社会影响。

2.2 试通水配套设施的技术要求

2.2.1 制定试通水方案的技术要求

长距离输水管线试通水方案的技术要求包括管道设计和材料选择、施工工艺和质量控制、管线布置和施工方案、运行和维护设施、应急响应机制等方面,要综合考虑安全性、可靠性、可持续性和经济效益等因素。

1)管道设计和材料选择:确保输水管线的设计满足预期的输水量和压力要求。根据输送水源的性质,选择合适的管道材料,例如钢管、水泥管、聚乙烯管等。考虑到长距离输送的特点,管道的直径和壁厚需要满足水量和压力的需求。

2)施工工艺和质量控制:在施工过程中,要采取适当的工艺和措施,确保输水管线的质量和可靠性。这包括管道的铺设和焊接方式、管道接头的安装和密封等。同时,要对施工过程进行严格的质量控制和监督,确保施工质量符合要求。

3)管线布置和施工方案:根据输送水源和输送目标地的地理条件和地貌情况,合理选择管线的布置方案。考虑到长距离输送的要求,需要充分评估地形起伏、河流和地下障碍物等因素,并设计相应的施工方案,确保管线的安全和稳定。

4)运行和维护设施:在输水管线试通水方案中,需要考虑运行和维护设施的设置。这包括输水管线的监测系统、阀门和泄压装置的安装,以及维护通道的建设。监测系统可以对管线的运行情况进行实时监控,以便及时发现问题并采取措施解决。

5)应急响应机制:长距离输水管线试通水方案还应包括应急响应机制。这涉及到事故预防和突发事件处理方面的技术要求。例如,安装适当的防护装置和报警系统,制定应急预案和演练,培训相关人员并建立联络渠道等,确保在发生事故或紧急情况时能够及时采取措施,并最大程度地减少损失。

2.2.2 正式试通水试验前的技术要求

为了确保该次试通水试验所设定的任务能够全满完成,较好的完成既定任务,首先要对已经竣工设置进行全面检查,及时发现有缺陷的设备设施并及时处理整改,确保各设备的性能满足试通水试验要求。根据本工程的设计参数和以往类似工程的经验,在正式试通水试验前,应达到如下的技术要求。

1)管线的线路工程应按照规范要求分段进行水压试验,在水压试验前对管线进行清理,保证管线内没有杂质异物堵塞沿途管线和水泵等设备。

2)泵站内的供水和排水系统、供配电系统、站内检测系统、自动化系统以及管线监测系统安装并且调试后达到设计要求。

3)对管线沿途布置的退水、泄水设施加强巡视检查,及时处理发现的问题,适当增加排水泵数量用以排空管道。根据应急预案的要求,及时排查安全隐患,对发现的问题及时处理解决。根据设计要求设置承泄区,并保证承泄区的出口顺畅。

4)针对下列重要监测点完善管线监测措施,并增加调流手段:针对管道沿线的压力监测点进行压力监测,针对集水坑、泵站吸水池的水位进行监测,针对管道末端、泵站出口进行流量监测。

3 试通水的准备工作

3.1 组织管理机构的设置

建设单位牵头,协调工程总包单位、材料供应商、设备制造厂家、监理和设计单位等参建单位组织成立项目指挥管理机构。

3.2 试通水试验指挥机构的职责

全面协调并且负责工程设施、安装机电设备、通信和供配电等系统在试通水试验过程中的现场指挥和调度,对试验区间的水量进行统一协调分配,对试通水试验指挥管理机构的指令进行贯彻落实,根据既定试验方案,统一协调指挥个区间段的配合工作,对试通水试验过程中发生的事故问题进行调控,应用改变排水流量等技术手段、协调各参见单位等组织方式、设置奖励措施等经济方式积极进行抢险,主要工作的内容有如下7个方面:

1)试通水方案的制定。

2)在试通水试验前,检查物资、设备等各项保障措施的落实情况。

3)对制定的应急预案和各项应急处理措施进行评审、修改、备案并组织演练。

4)在正式试通水试验前,组织一次预演练。

5)对试验过程中各项指令进行起草。

6)对分段、分项过程的报告进行审阅批示。

7)根据试验结论,编制试通水启动报告。

3.3 试通水方案总体的部署情况

试通水方案总体的部署思路为:从管线的上游向下游分阶段、分区域缓慢的注水、并且随压力的提升逐步提高流速进行管线冲洗。总体试验设定分为两个阶段进行:第一阶段为整个管线系统进行冲水;第二阶段为整体系统的试运行阶段,由提高流速进行管道冲洗、整套设备的调试运行、试验结束后停机等步骤。以时间为节点,将整个试验分为如下3个阶段进行准备工作:

1)首先检查管道的安装质量、管道水压试验参数、机电设备安装调试工作以及主体结构工程满足国家相关标准,并且具备必要的机组启动验收条件。

2)采用设计水源为冲水水源,各分区段的设备要按照设计要求进行充水,其中首充水要分区、分阶段进行,并且要达到24h以上的浸泡时间。

3)对管道进行水冲洗,提高给水端的压力,提高管线内水流的流速,当管线的末端出口水达到清洁水的标准时,方可结束冲洗工作。在重新过程中如若发现渗漏等问题,要及时进行处理整改。

4 试通水技术要求

4.1 充水启动阶段的技术要求

1)在试运行前,应针对试通水管线的启动系统及整套启动流程制定详细的操作规程。根据制定的操作规程,组织操作人员进行培训,要求操作人员严格按照拟定的操作规程进行操作。

2)作人员应认真学习图纸,熟悉设计图纸上标注的各类阀门、井室和输水管线的位置。

3)充水试验前,应安排专职人员定期巡视、检查沿途管线,发现危及供水安全的行为及时制止。

4)充水试验前,全面检查沿途管线的排气阀门、检修阀门等阀井阀门,为避免在运行过程中,管道内出现负压工况,排气检修阀、排气阀门应保持开启状态,并关闭所有的泄水阀门。

5)在对管道进行充水时,为确保管线工程在安全状态下运行,应仔细检查管道沿线的所有排气阀,应该管道沿线的排气阀现在任何流速对应的工况下,都能保持高速排气的能力。如果排气阀不具备在气水相间时高速排气的能力,应该排气阀进行重新验算核对,并且及时更换不合格的排气阀。

6)充水试验时,仔细泄水阀的线性特征,是否能够完全闭合,以免泄水阀在充水试验时出现漏水事故。

7)对于压力输水管线进行充水时应将水流流速控制在0.3～0.5 m/s之间,极限工况下也≤1m/s。

4.2 位于泵后的输水管线试运条件

1)在水泵初期启动时,首先应按照首先开启水泵,再开启出口处的电动偏心半球阀,在操作过程中还应重点关注阀门的开启速度。

2)对于离心泵的停泵操作顺序,第一步按照规范要求关闭泵后的电动偏心半球阀,第二步再对水泵的电机进行关闭。

3)当水泵采用变频调节时,应根据末端流量调节阀、水泵的并联台数等参数综合分析,调整位于水泵出口的阀门开度来调节输水管线流量。

4)只有在首充水时需要开启1台水泵,其余工况调节流量应采用变频方式,在调节泵后设置的电动偏心阀时尤其要注意控制调节速度。

5)尽量将管道内的存水尽量排放至临近河道,所以在出现泄水情况时,应先打开位于临近河道的泄水阀。在泄水点进行泄水时,应采取相应的保护措施,不能因为泄水而影响周围建筑物的安全。

5 事故应急处理

如果发生微小事故,则可以进行带水抢修,但出现大范围或者高压漏水时,需要进行停水检修,则应得到指挥中心的授权才能进行。在加大冲洗流量时,容易发生管道漏水现象,此时就应该对管道进行抢修,抢修的步骤分为如下3步:

1)在发生漏水事故时,应先报告应急指挥管理中心,根据指挥部指令进行停泵操作,在停泵操作的同时应将管线末端的调压阀关闭。管道内的压力开始会出现剧烈较大范围内的波动,观察一段时间等到压力平稳后,关闭距离该管道距离最近的上下游检修蝶阀,从而使该管道隔离于整个系统之外。

2)如果发生排气阀漏水事故,应采取与漏水事故相同的操作,首先根据指挥部的命令停泵,再关闭管线末端的调压阀,所有故障都排出后再进行充水。

3)如在管道的充水过程中,泵站突然发生停电事故,应立即报告指挥中心,根据指挥中心的命令进行操作。

6 结 论

对于长距离输水管线进行有压充水时,管道的充水最佳流速应控制在0.3～0.5 m/s,此时的运行效果好于其他流速。如果采用过低的流速则不利于携带管道内的积存气体,对管道内的排气产生不利影响,同时也会延长管道试通水试验的持续时间;如果采用过高的流速,则会造成进水速度大于排气速度形成气堵现象引起管道内的压力震动,增加试通水试验的安全不确定性和风险性。