顺坡管道运行中特殊现象的探讨

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1、顺坡管道运行中特殊现象的探讨摘要：实际工程中发现）烦坡管道中出现了3种异常现象，对所发现的3种特殊现象进行分析，找出了解决问题的方法。关键词：顺坡管道管道磨损水跃　　顺坡管道是指管中心上游标高比下游标高高的输水管道。对于排水管道而言，大多数是重力输送，重力输送管道都是顺坡管道。笔者在生产实践中遇到顺坡管道中几种异常现象，经过分析，找出原因，提出一些看法，供设计研究参考。1输送灰渣管道的磨蚀现象　　山西铝厂自备电站的锅炉采用湿式除灰，灰和渣用水冲下来以后，水温升高至26～28℃，灰渣水固体的质量分数为4％－5％左右，用泵加压后，用φ325×8

2、的螺旋钢管输送到7.5km以外的灰渣堆场。灰渣的物理性能见表1。表1灰渣的物理性能粒径/mm粒径分布/%容重/（g·cm-3）密度/（g·cm-3）孔隙率/%浸水收缩率/%沉降速度/（cm·min-1）0.2～0.1220.75～1.032.162～6515～200.02～0.030.1～0.0526＜0.0545　　该灰渣管道采用法兰连接（8m／根），架空敷设。运行2－3a后，发现全管道结垢，由电厂出口至堆场由厚变薄。靠近电厂1km处，垢厚50－70mm；靠近堆场7km处，垢厚7－10mm，成层分布，灰白颜色，影响正常输送。　　在用高压水

3、对结垢管道冲洗中发现，有一段坡度很大的管道门.8km处），不但没有结垢，反而磨损程度比较严重，最薄处管道厚度剩下2.5mm。为安全起见，只好将管道上下颠倒一下（俗称翻面），即将管道上管壁变成下管壁。为什么同一管道有截然不同的两种现象？这是因为水在向下流动的过程中，水流的方向发生变化。水平管道中，流速没有向下的分速度，流速的方向平行于管道中心线。而在顺坡管道中流速发生了方向上的变化，见图1。笔者认为，正是流速方向发生的变化引起向下的分力，这个分力作用于灰渣颗粒，使灰渣颗粒具有了向下的动量（11），加上重力作用，使颗粒不断地冲击管壁（灰渣颗粒在

4、显微镜下呈多棱角形结构），作用于管壁后再转化为冲量（Ft），对管材造成磨蚀，使管壁不断地变薄。　　分析可知：坡度越大，即α值越大，分速越大，颗粒的动量越大，冲击强度越大，管材磨蚀越快，管径确定以后，分速度的大小取决于α值，当分速度=（10％－15％）速度值时，对管材产生明显磨蚀，而α＜100的灰渣管道，磨蚀不太明显，例如同一条管道，在另一顺坡段2.5km处（见图2），则不是磨蚀而是一层薄薄的垢（2－3mm）。据此得出启示：在输送颗粒性的浓水（m厚的黑色粘泥。这种粘泥遇到管中流速发生变化或者流速大到一定程度后，则被冲下来进人居民家中。所以每遇

5、到停送水一次，居民家中就能见到一次黑水，水中含有大量黑渣，严重时水呈茶水铁锈颜色。　　一新投入使用的居民楼，黑渣水存在时间长达8－9个月。黑渣多时高达100mg／L。而隔一条马路，同一条输水管供水的居民楼，水质就比较好，黑渣很少。经调查分析这个居民楼比其它居民楼位置低，供水管顺坡而下，管中产生一个向下的分速度，水的动量对黑色粘泥产生一个冲量，引起黑渣泛起，进入居民家中，供水管道几何尺寸见图3。　　改造方法：见图4，采取扩大管径并增加垂直段后，居民家中用水水质明显改观。3排水管道中的水跃现象　　水跃是棱柱形管道（渠道）输水过程中水流由急流转化

6、为缓流时出现水位升高的一种水力学现象。有一条循环排水管道[1]：循环水量10000－11000m3／h，圆形混凝上管道，非满流，上游管段：φl000，i=2.0%，下游管段φl200，i=0.6%。查《给水排水设计手册》知上游：v=7.75m／s，h／D=0.80；下游：v＝2.60m／s，h／D=0.95。　　根据判断急流和缓流的系数——佛罗德数（Fr）计算公式[2]：　　Fr=v·（gh）1/2式中：g—重力加速度，m／s2；　　v—流速，m／s；　　h—平均水深，m。　　可以计算出：上游Fr＝1.63＞1，下游Fr＝0.78＜l。　　

7、判断准则：Fr＞1为急流，Fr＜1为缓流。　　由此判断此上下游管段之间发生水跃无疑。现场测定的结果与计算基本一致：由于水跃的存在使下游合口淹没在水中，且淹没深度达300－350mm，水位升高，被迫使井口加高出地面1.5m，即使这样，好多杂物仍在此井积存，水流溅出来的浪花迸出井外。另外水力学[2]计算可知：在此井内产生的水跃长度（水平方向）应为下游水深的3倍，即3×0.95×l.2=3.42m，这个长度显然在此井内满足不了，所以必然引起上游的水位涌高，依次上溯，造成水流不畅。　　实践中遇到这样的问题时，因为管道和检查井已经做成，不易改变，于是

8、在检查井上游，将管道开口分流出1／3的流量，并同管并行敷设一条明渠引至下游的一个跌落井内，才使问题得到解决。建议在排水管设计时，对急流变缓流的管段，坡度较大且拐90°角的管段一定