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1、最新整理发电厂水击事故的成因及防护1 前言水击（水锤）是指有压管道中 于水流流速的突然改变，造成管道压力急剧波 动的现象。在生产生活过程中，水击事故常有发生，尤其在有压管路设计和运行 过程中，水击是不可忽略的重要因素，如水电站引水发电系统、热电站汽轮机、 锅炉、蒸汽管路等，一旦发生水击，往往会造成极为严重的后果。如位于广西壮 族自治区的卡马水库大坝，于导流底孔出口被滑塌的巨石突然堵塞,形成水击, 巨大的冲击力使坝体出现滑塌1 ; 乂如20xx年7月，纽约曼哈顿地下蒸汽管道 于水击导致爆炸，冲出地面的蒸汽比附近77层高的克斯勒大厦还高2;此外， 1985年11月，美国南加州圣俄诺费尔核电站 于电
2、短路导致二回路中主给水泵 停泵断水，止回阀故障没有关闭，致使蒸汽倒流至主给水管，此时值班工人出现 操作失误向充满蒸汽的主给水管供冷却水导致水击，水击产生的爆炸力使主给水 管破口达2m十几根钢架支撑全部拉断3;另有报道称1996年日本四国电力 伊方核电厂3号机组蒸汽喷出事故，经证实也是 水击所致4。此可见水击事 故的危害之大。对发电企业而言，无论是水力发电还是火力发电， 水击都是安全 生产必须予以重视的问题。2水击的成因2.1 水击的产生如图1所示的管路系统，管路上部与水池相通，下部装有一阀门。若t=0时刻 阀门突然关闭，则阀门处水流流速降为0,紧接着与此相邻的水流流速也会迅 速改变，从而引发连
3、锁反应，管道内水流流速不断变为0并以波的形式向上游传 播，这个波就叫做水击波，其传播速度 叫水击波速，以 表示。于水流的惯性 作用，流速变小、压强相应增大，设压强增量为 ，根据动量定理进行推导，可 得到直接水击的表达式5:式中， 表小水的密度，表小水击波速， 表小水流初始速度，表小水流改变后的流速。对于阀门瞬间完全关闭的情况，有 。需要指出的是，此时的压强变 化 是很大的，文献5中列举了一根长管道，当管内流速m/s时，若取=1000m/s, 按式(1)进行计算，可得到水击压强 ，相当于100m水头，足见水击的破坏力 之大。2.2 水击的传播以阀门突然关闭为例，讨论水击沿管道的传播过程，一般可将
4、其分为先后4个阶段：减速增压(图2(a)、减速减压(图2(b)、增速减压(图2(c)、 增速增压(图2(d)阶段。(1) 减速增压阶段。设t=0时刻阀门突然关闭，则紧靠阀门的 微小流段首先停止流动，于惯性作用，其它段水流仍以初始速度向阀门运动，这时 微段流体被压缩，压强增大，同时管壁膨胀。接着紧邻微段的一小段流体也会停止流动，并类似地出现密度和压强增大的现象。这种减速增压的状态将沿着管道以速 度c 一直向上游传播，直到 时刻水击波到达B点，此时管道中水流流速为0, 压强为。(2) 减速减压阶段。 时刻，于水池中水压恒为，而管道中水压为，因此 管道中流体将以反向流速向水池运动，从而使管道水压下降
5、为。这种减速减压 的状态也会一直向下游传播，直到时刻到达A点，此时管道中水流流速为，压 强为。（a）减速增压（）（b）减速减压（）（c） 速减压（）（d） 速压（）（3） 增速减压阶段。时刻，于阀门紧闭，管道靠近阀门处流段流速变为0,压强将变为，并连锁式地影响与其相邻的流段，使这种增速减压的状态一 直向上游传播，直到 时刻到达B点，此时管道中水流流速为0,压强为。（4） 增速增压阶段。 时刻，于水池中水压恒为，而管道中水压为，因此 水池中流体将以流速 向管道运动，并使管道压强上升为。这种减速减压的状态 也会一直向下游传播，直到时刻到达A点，此时管道中水流流速为，压强为， 重新回到t=0时刻的流
6、速与压强状态，完成一个周期循环。3水击事故的防范对发电厂而言，热电站复杂的蒸汽管路系统和水电站的长引水发电系统是水击 事故防范的重点。归纳水击事故的原因，无外乎两种：（1）设备的原因，管路中 没有设置有效防止水击产生和发展的装置或出现设备故障；（2）工作人员的判断或操作失误，导致事故产生或扩大。因此，本着“安全第一、预防为主、综合治 理”的安全方针，对水击事故的防范也应从这两方面着手。3.1 水击防护装置对于水击防护装置与设备，根据其作用方式的不同主要可以分为以下几种类型 6,7:（1）阀门装置。作为控制介质流动的管路附件，合理选择阀门种类，延长启 闭时间，对防范水击事故的发生具有重要意义，
7、如水电站水轮机调速系统，对开 启和关闭时间进行优化，从而降低水流流速的变化速率，进而使水击压力变化幅 度得以减缓。此外，管道中疏水阀、调节阀、减压阀、安全阀等阀门装置，对于 防范水击事故也有重要作用。(2) 调压装置。如设置在水电站引水管道和尾水管上的调压室(井)，以及蒸 汽管道上的安全阀和安全水封、 减压阀、调压阀等，通过向管路系统中注水或注 气进行稳压，从而控制管路系统中的水击压力振荡。(3) 疏水止回装置。蒸汽管路中容易积水形成汽 -水两相流动，于蒸汽流速 快，推动管道底部的液体呈波浪状流动，当汽相流速增大到能推动水波冲击到管 道顶部时，就会造成管道的突然堵塞形成水击，因此在蒸汽管路中设
8、置疏水装置 如疏水阀非常必要。此外，在蒸汽管路(容器)和供(回)水管路之间，应设置 止回阀防止水管路窜汽后形成局部“真空”造成水击， 美国南加州圣俄诺费尔核 电站1985年所发生的事故就是因为止回阀失灵造成的。3.2 安全操作和事故处理随着技术的发展，水击事故日益呈现出复杂化、 非典型化的趋势，如火电站就 有可能在锅炉、蒸汽管道、给水管道、省煤器等设备处发生水击事故，使得安全 操作和事故处理也变得更加复杂，这对电厂运行人员的素质提出了更高的要求。(1)安全操作。开机启动应避免过急过快，对于汽轮机、蒸汽管路来说， 启动前应对供汽管道进行充分暖管和疏水排泄，同时检查确保锅炉没有满水；水轮机则应慢慢
9、转动调速手轮，逐步加快转速直到达到额定出力。 运行阶段，汽 轮机的锅炉必须均匀加热，且保证水质，防止汽 -水共腾；水轮机应防止出现事 故而紧急停机。停机操作也应避免过急过快， 对汽轮机而言，必须控制温降不 能变化过快，当切换备用气源时，必须保证备用系统积水疏排充分； 对水轮机而 言，一般先缓慢关闭导叶，带转速降至某一额度时再进行刹车。(2)事故处理。出现事故后，运行人员必须迅速、准确地判断是否发生水击,通过对一些事故进行归纳，水击时一般会出现以下现象：管道压力出现剧烈的 升降变化；管道一胀一缩的发生振动，并可能发出有一定节律的锤击声， 机组 的运转声音和振动也会出现异常；管路中某些部位于压力过大会出现损坏，产生漏水漏汽等；对蒸汽管道而言，还会出现主蒸汽温度急剧下降的现象。 事 故确认后，应立即采取措施，对于汽轮机而言，其处理原则是破坏真空、减少供 汽，同时进行充分疏水，确认止回阀是否工作正常以防止水管路窜汽；水轮机则迅速按下解列按钮与电wang断开，同时投入水阻器。
