供水管道壁光滑，后續(xù)水流在慣性的“幫兇”下，水力迅速達到zui大，所以容易造成破壞作用（如破壞閥門和水泵等），這就是水力學(xué)中的“水錘效應(yīng)”，也叫正水錘；相反，閥門或水泵突然開啟，也會產(chǎn)生水錘效應(yīng)，叫負(fù)水錘。這種大幅波動的壓力沖擊波，極易導(dǎo)致管道因局部超壓而破裂、損壞設(shè)備等。所以水錘效應(yīng)防護是供水管道工程設(shè)計施工中必須要考慮的關(guān)鍵因素。

  為了降低水錘效應(yīng)，保障供水系統(tǒng)安全，需設(shè)置防水錘空氣閥和水錘防護系統(tǒng)（防水錘監(jiān)測系統(tǒng)或者管線水錘及漏損監(jiān)測系統(tǒng)），也就是說要安裝管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時觀察到水錘效應(yīng)，即使有泄漏或者爆管等情況出現(xiàn)也能及時發(fā)現(xiàn)具體位置，為后續(xù)處理帶來方便。

解決方案：

一、防水錘空氣閥

（1）設(shè)備要求

空氣閥應(yīng)采用全新的合理的工藝和耐用性設(shè)計，并且具有適合本地冬季環(huán)境溫度低達零下40℃及使用條件的等級和質(zhì)量。所有的空氣閥零部件應(yīng)嚴(yán)格精確制造，并能與同類型零部件互換使用。

（2）型式及基本參數(shù)

防水錘空氣閥既有排氣功能又有補氣功能，在管道異?？焖俪渌蛩鶑浐锨闆r下，通過限制排氣速度產(chǎn)生臨時氣囊，減緩水柱彌合速度，降低壓力波動。閥體要求立式地面下安裝。

（3）結(jié)構(gòu)

防水錘空氣閥建議采用一體化圓柱形設(shè)計，即低壓進排氣、高壓微量排氣裝置處于整個閥體內(nèi)部，整個空氣閥外部無突出零部件，便于保護閥門元件，利于節(jié)省安裝空間同時免于遭到意外損壞。

低壓進排氣裝置：主要由閥體、浮子、污物防護罩等組成，防水錘空氣閥為全通徑設(shè)計。若閥體內(nèi)無水，浮子將下沉到下部位置以允許空氣從閥體下側(cè)和閥體頂端的排進氣孔口自由進出管道。在孔口上與閥體連接安裝保護罩以免污物進入閥體。若閥體內(nèi)充水時，浮子將上升直到與頂蓋上孔口周圍的止水裝置接觸，此時止水裝置可防止水冒出閥體。

微量排氣裝置：微量排氣裝置的作用，當(dāng)管道內(nèi)有壓力的情況下，空氣閥充滿水，可以自動動作，隨時排放在管道正常運行期間積累的少量空氣。因為本工程原水含沙量較高，微量空氣閥應(yīng)為耐污型，運行時在任何工況下都應(yīng)避免閥內(nèi)的水接觸到微量空氣閥的排氣口，造成水中雜質(zhì)卡堵在排氣口上，造成密封不嚴(yán)而漏水的現(xiàn)象。微量排氣裝置應(yīng)設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，無任何冗余密封部件，密封性能可靠，免維護。

防水錘裝置：其主要作用為當(dāng)管道出現(xiàn)非正常工況發(fā)生水柱分離后的水柱彌合階段通過限流盤來限制空氣閥的排氣速度，在一定時間內(nèi)使管道內(nèi)留存空氣，形成氣囊，通過空氣的可壓縮性和彈性降低快速流動的水對管道的沖擊，保護管道安全。防水錘裝置具有可調(diào)節(jié)緩閉調(diào)整機構(gòu)，可根據(jù)水錘分析計算結(jié)果和現(xiàn)場實際運行工況現(xiàn)地調(diào)節(jié)氣囊維持時間，以達到消除彌合水錘的合理效果。為避免管道內(nèi)可能存在的雜物對防水錘裝置造成卡堵和纏繞，防水錘裝置應(yīng)位于浮球上方以避免與水接觸。

主浮球、副浮子，只能垂直上下移動，避免充水過程中，高速氣流沖擊浮球，引起浮球密封偏移及振動。

防水錘空氣閥應(yīng)為整體鑄造而成，不允許通過焊接連接和補焊修補。采用球墨鑄鐵的閥體和閥蓋均需采用樹脂砂鑄造，毛胚不得有砂眼、氣孔。鑄造結(jié)構(gòu)為同質(zhì)性材料，不得含有非金屬物和其他雜質(zhì)。所有未經(jīng)機加工的鑄件表面應(yīng)進行磨光處理并仔細(xì)地清理鑄件毛刺。

二、防水錘監(jiān)測系統(tǒng)介紹

（1）系統(tǒng)要求：

管線水錘及漏損監(jiān)測監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線監(jiān)測供水管道的爆管或漏損事件，基于現(xiàn)場高頻壓力傳感器和時鐘同步技術(shù)監(jiān)測爆管漏量：240升/分以上，實現(xiàn)50米的爆管定位精度；

識別和展示壓力瞬變水錘事件（施工、閥門操作、水泵啟停、排泥沖洗等），及時報警管理人員，定位瞬變源的位置或區(qū)域；同時驗證過渡過程的理論計算和水錘防護設(shè)施，并指導(dǎo)運行人員科學(xué)安全操作。

識別和展示管線壓力瞬變水錘事件，在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實現(xiàn)報警，并確定壓力瞬變源和定位，驗證過渡過程理論計算。

基于管內(nèi)0.3MPa運行壓力以上，傳感器沿主管道800-1200米安裝間距，能夠?qū)崿F(xiàn)管道0.5-1.0%額定流量的爆管漏失實時監(jiān)測和報警，通過時鐘同步技術(shù)確定漏失位置，精度±50米范圍。

壓力瞬變（水錘）分析，結(jié)合供水管道材質(zhì)、管齡、管徑等等參數(shù)，基于現(xiàn)場存在的壓力瞬變強度和數(shù)量，評估管網(wǎng)的爆管風(fēng)險，并展示危險管線的區(qū)域。

監(jiān)測傳感器安裝位置周邊(約300-500米)跑冒滴漏的現(xiàn)象，實現(xiàn)微小漏水監(jiān)測，系統(tǒng)通過頻譜分析功能實現(xiàn)報警。

管網(wǎng)異常事件管理（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），完整、準(zhǔn)確掌握供水系統(tǒng)運行狀態(tài)，實時監(jiān)測系統(tǒng)傳感器位置的排氣閥工作狀態(tài)，提示管理人員的日常維護，避免因排氣閥故障而導(dǎo)致的水錘產(chǎn)生，破壞輸水管線的安全。

管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)供水/用水模式，幫助用戶快速判斷給水系統(tǒng)問題，提高供水運行的可靠性、安全性，基于供水壓力實現(xiàn)供水調(diào)度，并及時自動發(fā)現(xiàn)運行異常，提高調(diào)度管理的效率和水平。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成與配置

在確定排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力計和水聽器，同時傳感器接觸到管道內(nèi)的水。安裝傳感器位置間距的設(shè)置原則：800-1200米，現(xiàn)場條件在此間距范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整位置。

傳感器通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集通信裝置RTU，3G/4G無線和光纖通信方式，將采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心分析平臺對管道進行實時監(jiān)測和分析。

系統(tǒng)配置要求

1)現(xiàn)場硬件設(shè)備必須包含：

-高頻壓力傳感器

-水聽器

-通信數(shù)據(jù)傳輸裝置RTU

-GSM（3G/4G）和同步授時時鐘天線

-不銹鋼控制箱及電源附件

2)通信方式：3G/4G無線通信或光纖通信。當(dāng)空掛光纜出現(xiàn)故障時，通訊系統(tǒng)能夠保證故障點兩側(cè)的監(jiān)測設(shè)備能夠分別向線路兩端傳輸數(shù)據(jù)，再通過水廠與各管理站之間的有線VPN網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測信號傳回至水廠監(jiān)測系統(tǒng)平臺軟件。

3)監(jiān)測分析平臺軟件：客戶端服務(wù)器安裝方式

4)電源：風(fēng)光互補電源供電，帶有鋰電池，容量需滿足現(xiàn)場傳感器和RTU傳輸裝置沒有日照20天情況，繼續(xù)保持正常工作。

（3）技術(shù)參數(shù)

1、高頻壓力傳感器

采樣頻率：64/128/256Hz，以滿足分析需求

量程：0～300 psia，需滿足負(fù)壓的監(jiān)測；

精度：≤0.1%FS

響應(yīng)時間：≤1ms

電壓：5V+/-0.5V

輸出信號：電壓、電流、485、網(wǎng)口

工作溫度：-40℃～80℃

承受靜壓：68Bar

材質(zhì)：不銹鋼隔離膜片

防護等級：IP68

2、水聽器

靈敏度：-170dB Vre: 1V/μPascal

響應(yīng)頻率范圍：20Hz-50KHz

電源：12VDC； -1mW 典型運行條件

傳感器材質(zhì)：不銹鋼+特殊橡膠（對水質(zhì)無污染）

電纜：低噪

水平指向性：±1.5dB（50kHz）

垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范圍）

承受靜壓：8Mpa

安全工作溫度范圍： -20 ℃～80 ℃

低噪聲、高耐用性，需浸沒水中

防護等級：IP68

3、采集和通信裝置RTU

運行溫度：-30至75°C；

整體及接插件防水等級：IP68

配高頻壓力計接口，支持Modbus標(biāo)準(zhǔn)總線采集現(xiàn)場其它設(shè)備數(shù)據(jù)

通訊：3G/4G,插入標(biāo)準(zhǔn)尺寸SIM卡，支持光纖通信，配套套串口服務(wù)器，支持profinet等通用以太網(wǎng)協(xié)議。

壓力采集精度大于等于16位；

支持音頻輸入接口；

配GPS天線，連接線長度缺省6米（可調(diào)），

支持GPS/北斗。時鐘同步精度：≤1ms；

可外接供電：12VDC，通過軟件自動切換內(nèi)置電源；

本體內(nèi)置鋰電池，在外部電源失效后，滿足現(xiàn)場設(shè)備運行至少1月；

采集周期：數(shù)據(jù)上傳時間可調(diào)整，自動連接中控上傳。

內(nèi)存：內(nèi)置16G閃存卡,支持采集高頻壓力數(shù)據(jù)的存儲，保存30天數(shù)據(jù)不丟失；

低功耗：低功耗設(shè)計，供電電壓：12VDC；連接傳感器后總功耗≤1W；

（4）監(jiān)測平臺

1、管道管理

從頁面上方導(dǎo)航欄中選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，在該功能菜單下的子功能項中選擇管道設(shè)置，如下圖所示。可在頁面中選擇添加閥室、監(jiān)測點管理、管道路由、添加閥井四個子功能項，分別實現(xiàn)其對應(yīng)的管道管理功能。其中管道路由可以與經(jīng)緯度坐標(biāo)軸對應(yīng)，在GIS地圖上顯示管道的走向。

2、實時監(jiān)測

實時監(jiān)測是管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的一個重要功能，通過添加監(jiān)測點，實時對管道各個監(jiān)測點的傳感數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)具有威脅的壓力變化和聲音振動信號，從而起到提前預(yù)警、提前解決的功能。系統(tǒng)的報警監(jiān)測有兩種，第一種是查看各個監(jiān)測點的壓力數(shù)值變化；第二種是查看各監(jiān)測點水聽器的聲波情況，并可以對監(jiān)測點進行選擇回放聲音。

3、報警管理

當(dāng)有報警信息產(chǎn)生時，除了可以在地圖界面跳出報警信息，還可以在“歷史報警”中進行查看信息和回放聲音信號。

如果在實時報警界面中已經(jīng)處理過的報警信息，在歷史報警界面中將顯示已處理，反之將顯示未處理，用戶可以通過右側(cè)的“處理報警”按鈕，對該條報警信息進行處理。界面中還可以對報警信息發(fā)生時錄取的聲音進行回聽。

歷史報警信息可以通過excel導(dǎo)出，點擊“Excel導(dǎo)出”，瀏覽器就會開始下載當(dāng)前已有的光纖記錄信息，下載文件默認(rèn)名稱“excel-list.xlsx”，會存放在瀏覽器默認(rèn)的下載目錄中。