输水管道系统自动化控制运行管理模式

输水管道系统自动化控制运行管理模式

摘要:长距离输水管道在运行管理过程中难度大、存在隐患多，创建一套行之有效的管理模式已经迫在眉睫。以新疆某重力式长距离输水管道工程为例，阐述了该工程通过自动化控制方式下不同工况的运行管理方式。提高了工程运行管理效率，减少了工程事故率。

关键词:长距离;管道;自动化;运行管理

随着中国城镇建设的不断发展，以及相关行政主管部门对水资源宏观调配的不断加强，越来越多的长距离输水管道项目开工建设［1－2］。该类工程线路长，取水建筑物、输水系统、消能建筑物等附属建筑物多，其在运行管理过程中存在较多难题和安全隐患，且目前国内外尚未形成统一的运行管理办法［3］。鉴于此，本文以新疆某长距离输水管道工程为例，初步探讨该工程在运管过程中的自动化管理模式，可为类似工程提供借鉴。

1工程概况

该输水工程地处新疆某市县，分一、二期建设，管线全长78．2km，取水方式为渗管+渗水廊道，管线首部高程为2320．00m，自取水口至输水主管末端高差约920m。采用球墨铸铁管、涂塑钢管及PVC－UH管、管径DN1200～DN500mm，设计流量1．08m3/s。该工程首尾地形落差大，沿线分水口多达11处，加之管线横跨两市县，且取水建筑物及近15km管道埋设于河道内，给后期的运行管理造成较大困难。鉴于此，结合现代工程安全监测技术的发展趋势，本工程在管线施工过程中同步跟进自动化控制［4］。设计过程中为保证工程安全，按照地形走势及沿线乡镇分水的压力需求，共设置10级调流消能阀井［5］，其中地形落差大于100m的消能方式为调流消能阀后接消能井、调节水池，见图1。地形落差小于100m的采用调流消能阀在线消能［6］，见图2。本工程消能阀沿线布置详见表1。

2自动化控制简介

本工程管道自动控制系统由监控中心、LCU现地控制柜等组成。通过LCU现地控制柜可在现场对阀门进行操作，同时利用远程通信接口实现远程实时监测和调度控制。自动化系统具体可监测以下内容:各阀门开度值、阀门限位状态、阀门工作状态(开启、停止、关闭)、压力值、流量值、各水池水位值、电源总进线电压值、控制方式选择开关(远程、检修、现地)状态、各个(开启、停止、关闭)按钮状态等［7］。

3不同阶段工程运行管理模式

3．1初次充水或检修后运行阶段

初次充水或检修后运行前，必须仔细先检查取水建筑物、沿线管道及各类阀井的运行情况，是否发生破坏、消能井和水池内是否有杂物等。对于阀门的检查包括:①确保沿线调流消能阀、蝶阀、双向调压塔前的检修蝶阀、泄水阀、分水阀、连通阀处于关闭状态;②确保沿线进、排气阀的检修闸阀处于开启状态，进、排气阀可顺畅进气、排气;③确保沿线超压泄压阀前的检修闸阀处于打开状态，超压泄压阀后的消能湿井内水面低于排水管出口;④确保所有阀门及伸缩节连接螺栓紧固、伸缩节安装长度为设计安装长度。对自动化的检查包括:①检查管道各压力传感器是否安装完好;②检查各电磁流量计、显示仪与电源是否连接正确;③沿线浮漂水位尺是否安装到位并可处于自由升降状态;④LCU现地控制柜能是否正常启闭阀门等。

3．2运管过程充水阶段

充水阶段，全程采用自动化控制进行操作和监测。(1)打开取水建筑物首部检修电动蝶阀，以0．2m3/s的流量从取水口处向管道内充水，流量通过电磁流量计进行监测。待1号调流消能阀前压力达到0．22MPa时，说明该调流消能阀前管道全部充满水，此时开启该调流消能阀，以0．2m3/s的流量向阀后消能井及调节水池充水，控制调节水池水深在1．2～3．5m之间，打开水池后电动检修蝶阀，继续向下游管道充水。同时自动监测水池水深，当水深小于1．2m，立即报警并自动关闭水池后电动检修蝶阀，防止水池拉空、管道内进气;水深大于3．5m，立即报警并自动调整取水建筑物首部电动检修蝶阀开度，防止水池溢水。依次类推，直至全线管道均为满管运行。(2)如需增大流量，可自上而下依次调整每座调流消能阀的开度，各处调流消能阀流量每次最大增加0．1m3/s;按照上述方式，不断调整进口处蝶阀和沿线调流消能阀开度，直至取水建筑物首部蝶阀和沿线调流消能阀全开即达到现阶段最大引水量。各分水管段的充水与上述充水方式相同。

3．3运管过程中自动化运行

正常运行过程中，自动化程序实时监测沿线调流消能阀前后压力、流量及水池水位等。各消能阀前压力严禁超过表1中所列压力最大允许值，若超过则自动化控制系统立即报警，并按设计要求自动调整调流消能阀开度，同时启动相应泄水阀，管道保护系统中的超压泄压阀及双向调压塔均可自动启动，防止管道爆管。沿线电磁流量计所监测的主管流量等于各分管流量之和，该数据实现自动化监测。若流量相差超过0．02m3/s，自动化立即报警，并根据程序中预设的水力学连续方程初步推断管道发生渗漏的管段，方便运管人员及时检查抢修。自动化控制系统通过水位计监测末端水厂蓄水池水位，根据水位的变化自动调整沿线调流消能阀的开度，正常运行工况下可实现无人化管理。

3．4放空检修阶段

放空可分为全线放空和局部放空。全线放空首先自下而上依次关闭各调流消能阀，直至关闭取水口处1号电动检修蝶阀，可分为2种情况:①根据用户用水量将管道内存水供给水厂，避免水资源浪费;②全线快速放空，各管段可自上而下依次开启各调流消能阀、检修阀、泄水阀将管道内水排空［8］。局部放空:自下而上依次关闭各调流消能阀，直至关闭取水口处1号电动检修蝶阀，局部管段放空以2座消能控制阀之间的管段控制，自上而下打开放空管段的泄水阀，直到排干目标管段内的存水为止。不论哪种放空方式，在开启泄水阀前，应核对阀前静水压力，一般控制为小于0．5MPa。当阀前水头大于0．5MPa时，开启放空段末端消能控制阀泄除部分压力后再开启泄水阀。

3．5运行阶段检修

检修在管道放空后进行，主要检查管道取水建筑物、沿线里程桩、管道覆土、阀门井是否发生破坏。对所有阀门进行检修保养，检查管道沿线阴极保护各参比电极、电压，若对管道失去保护，应查明原因，及时补救。阀门的检修:查看阀体、阀井底板、井壁有没有湿水现象;若有，则说明该阀体关闭不严，记录后下次充水时重点查看。阀门的保养:松掉阀体进口处的伸缩节，检查阀体内积聚的污物并清除、保养紧固螺栓，更换老旧垫片、重新安装阀体并固定好伸缩节。检修阀门后充水时，应仔细排查所有阀井，严禁出现漏水现象。

4结语

综上所述，通过自动化控制手段，可有效提高工程运行管理效率、减少工程事故率、实时监测引水情况，及时排查事故发生地点，该管理模式可为类似工程提供借鉴。在工程运行过程中，还应注意以下几点:(1)管道运行过程中，必须满管运行，严禁出现明满流交替的情况;(2)调节构筑物出水口易发生管道进气的部位，水位异常时自动化监测一旦报警，运管人员应密切关注系统调节情况，必要时手动调节;(3)若遭遇停电或自动化控制系统出现异常时，运管单位可采用人工调节末端调流消能阀的方式控制末端水池水位，沿线调节建筑物均有溢水保护措施，可保证管道系统安全。

参考文献:

［1］中国市政工程东北设计研究院，长安大学．城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程:CECS193:2005［S］．北京:中国计划出版社，2006．

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．给水排水管道工程施工及验收规范:GB50268－2008［S］．北京:中国计划出版社，2008．

［3］李勋蕙．长距离管道输水工程几个问题研究［D］．银川:宁夏大学，2015．

［4］张金承．阿图什市工业园区供水工程利用管道水压发电的可行性研究［J］．中国水能及电气化，2013(09):48－51．

［5］李江，徐燕．重力流输水工程分级减压设计优化与水锤防护分析［J］．水利水电技术，2015，46(09):89－94，99．

［6］杨照明，张金承．长距离大落差重力流管道输水技术［J］．水利建设与管理，2011，31(04):13－15，12．

［7］上海市建设和交通委员会，中华人民共和国建设部．室外给水设计规范:GB50013－2006［S］．北京:中国计划出版社，2006．

［8］芦绮玲，陈刚．输水工程中压力管道出口水流消能方法的试验研究［J］．西安理工大学学报，2008(01):80－85．

作者：李燕波 廖柯 单位：新疆水利水电勘测设计研究院