輸水管道系統(tǒng)自動(dòng)化控制運(yùn)行管理模式

摘要:長距離輸水管道在運(yùn)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(jīng)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(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:長距離;管道;自動(dòng)化;運(yùn)行管理

隨著中國城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷發(fā)展，以及相關(guān)行政主管部門對水資源宏觀調(diào)配的不斷加強(qiáng)，越來越多的長距離輸水管道項(xiàng)目開工建設(shè)［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(yùn)行管理過程中存在較多難題和安全隱患，且目前國內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一的運(yùn)行管理辦法［3］。鑒于此，本文以新疆某長距離輸水管道工程為例，初步探討該工程在運(yùn)管過程中的自動(dòng)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(shè)，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(shè)計(jì)流量1．08m3/s。該工程首尾地形落差大，沿線分水口多達(dá)11處，加之管線橫跨兩市縣，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)測技術(shù)的發(fā)展趨勢，本工程在管線施工過程中同步跟進(jìn)自動(dòng)化控制［4］。設(shè)計(jì)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(shè)置10級調(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，見圖1。地形落差小于100m的采用調(diào)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(dòng)化控制簡介

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LCU現(xiàn)地控制柜可在現(xiàn)場對閥門進(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)測和調(diào)度控制。自動(dòng)化系統(tǒng)具體可監(jiān)測以下內(nèi)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(guān)閉)、壓力值、流量值、各水池水位值、電源總進(jìn)線電壓值、控制方式選擇開關(guān)(遠(yuǎn)程、檢修、現(xiàn)地)狀態(tài)、各個(gè)(開啟、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、沿線管道及各類閥井的運(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。對于閥門的檢查包括:①確保沿線調(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確保沿線進(jìn)、排氣閥的檢修閘閥處于開啟狀態(tài)，進(jìn)、排氣閥可順暢進(jìn)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(nèi)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(shè)計(jì)安裝長度。對自動(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(yùn)管過程充水階段

充水階段，全程采用自動(dòng)化控制進(jìn)行操作和監(jiān)測。(1)打開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，流量通過電磁流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。待1號調(diào)流消能閥前壓力達(dá)到0．22MPa時(shí)，說明該調(diào)流消能閥前管道全部充滿水，此時(shí)開啟該調(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)檢修蝶閥開度，防止水池溢水。依次類推，直至全線管道均為滿管運(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)口處蝶閥和沿線調(diào)流消能閥開度，直至取水建筑物首部蝶閥和沿線調(diào)流消能閥全開即達(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)管過程中自動(dòng)化運(yùn)行

正常運(yùn)行過程中，自動(dòng)化程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測沿線調(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)禁超過表1中所列壓力最大允許值，若超過則自動(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。沿線電磁流量計(jì)所監(jiān)測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。若流量相差超過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)通過水位計(jì)監(jiān)測末端水廠蓄水池水位，根據(jù)水位的變化自動(dòng)調(diào)整沿線調(diào)流消能閥的開度，正常運(yùn)行工況下可實(shí)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(guān)閉各調(diào)流消能閥，直至關(guān)閉取水口處1號電動(dòng)檢修蝶閥，可分為2種情況:①根據(jù)用戶用水量將管道內(nèi)存水供給水廠，避免水資源浪費(fèi);②全線快速放空，各管段可自上而下依次開啟各調(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，在開啟泄水閥前，應(yīng)核對閥前靜水壓力，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(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、沿線里程樁、管道覆土、閥門井是否發(fā)生破壞。對所有閥門進(jìn)行檢修保養(yǎng)，檢查管道沿線陰極保護(hù)各參比電極、電壓，若對管道失去保護(hù)，應(yīng)查明原因，及時(shí)補(bǔ)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(guān)閉不嚴(yán)，記錄后下次充水時(shí)重點(diǎn)查看。閥門的保養(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

綜上所述，通過自動(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)，該管理模式可為類似工程提供借鑒。在工程運(yùn)行過程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)管道運(yùn)行過程中，必須滿管運(yùn)行，嚴(yán)禁出現(xiàn)明滿流交替的情況;(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):

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［6］楊照明，張金承．長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，中華人民共和國建設(shè)部．室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50013－2006［S］．北京:中國計(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：新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院