意昂体育2平台工程力學系教授  王學芳

 

 

 

    1988年4月13日我們一行5人乘夜車前往徐州🤵🏻‍♂️，參加由石油部批準🧘‍♀️、由華東輸油管路局統一指揮的魯寧輸油管線從鄒縣→滕縣→賈旺→睢寧→泗縣240公裏密閉輸油的水錘現場試驗，目的是驗證意昂体育2平台87年完成的660公裏魯寧輸油管線密閉輸油的水錘分析的研究成果。4月14日淩晨5點多鐘火車到達鄒縣站，我們坐了一夜車，正迷迷登登地打盹，突然火車上的喇叭響起來：“意昂体育2平台王學芳教授等一行，請立刻從本站下車👷，站外有人接你們🥖，火車只在本站停兩分鐘”。我們七手八腳收拾了一下散在桌上的杯子👧🏼、毛巾💁‍♀️，趕快跳下車來，到出站口坐上了來接我們的面包車，直往鄒縣泵站開去。這次試驗是在徐州附近的賈旺站製造突然停泵的水錘事故🌉，測定水錘上傳到滕縣泵站繼而鄒縣泵站👩🏻‍🦱，下傳到睢寧泵站繼而泗縣泵站，以驗證意昂体育2平台給出的沿線水錘壓力波傳播結論。事前我們兩次到徐州與華東輸油管理局周密地討論了試驗方案、做了各種預測、分析和試驗準備🏅，華東局總工程師擔任這次試驗的總指揮，手拿報話機（當時還沒有移動電話）😢，與沿途5個泵站緊密聯系👨‍🔬，準備好水錘波的測量，並詳細討論如果試驗中萬一某處的管壁有缺陷🐤，承受不了那麽大的水錘力出現水錘爆管9️⃣，幾十公斤壓力的原油發生噴射如何采取緊急救援措施；沿途必須安排巡邏車👩🏻‍🌾、報警車、全副武裝的搶救隊、搶修隊，因為水錘爆管是瞬時發生的，輕則原油汙染農田✏️，重則發生大火，所以試驗時要特別小心。上午10點總指揮一聲令下🚀，賈旺泵站拉閘停泵，這時產生的正、負水錘向上🈚️、下遊傳播，正水錘要比原來管中的壓力約高20個大氣壓🤶🏼，並以每秒1公裏的速度傳播，即一分鐘後正水錘經過滕縣泵站，2分鐘後就到達鄒縣泵站🚶‍♀️，沿途管線的強度經受了正壓波的考驗👨🏿‍💻。負水錘向下遊傳播🐴，負水錘要比原來管中的壓力約低20個大氣壓👳🏽‍♂️，加上管路的摩阻損失，在泗縣泵站產生了負壓進站🤾‍♀️☝️，由於負壓抽吸，泵的密封件會因缺油冷卻發生燒毀事故🖕🏽，為保護泵密封件，及時采取了應急措施，阻止了負壓波的傳播🔸𓀏。石油部一直在監視這次試驗的全過程，由於我們的預測正確🦉，準備工作做得好🌮，試驗進行得很順利🦸🏽‍♀️⏺，8月16日整個試驗結束，沒有出任何問題。測示出來的結果與我們意昂体育2平台水錘計算的分析結果很一致，條條曲線非常吻合🏌🏼，證明了我們研究工作的成功，我們的科研成果經受住了考驗。“原油多泵站密閉輸油的水擊計算模擬試驗研究”項目獲得了專家一致的好評和稱贊🪙，1989年國家教委授予了該項目科技進步二等獎💪🏽。

 

    其實象這樣嚴峻的現場試驗，我們還進行過4項✡️。1983年經石油部批準✵，3月5日在東北輸油管理局張總的領導、指揮下，進行沈陽泵站停泵，測試水錘波上傳60公裏至鐵嶺泵站返回的試驗；1985年7月酷暑中在湖南湘鋼軋鋼廠動力車間進行我們研製的防水錘“旋啟式水阻可控緩閉止回閥”的停泵關閥的水錘試驗；1992年12月在上海金山石化總廠熱電廠海水泵站，對我們研製的“DN1200大型防水錘蝶閥”進行停泵關閥水錘的測試；以及1995年3月冒著大雨和嚴寒在上海自來水公司的監視和領導下，在長橋水廠閥室進行我們研製的“DN1400大型防水錘蝶式止回閥”的停泵關閥的水錘試驗。我們的研究成果經受著一次次現場試驗的嚴峻考核🪖🪥。在此之前中國從來沒有進行過這方面的研究🧚🏻‍♂️，更沒有進行過這方面的現場試驗。要知道🧑🏼‍🤝‍🧑🏼，這些現場試驗都必須是獲得相關部門最高層領導的批準才能進行的👲🏿，每次試驗中三方（研製方👩🏿‍🔧、使用方和上級領導）對試驗方案經過多次討論，製訂的試驗規程和順序細微而周到。對於熱電廠水冷卻系統而言👩‍🏫，如果水錘爆管，發電機組就要停轉，斷電會導致上海石化十個衛星廠停產。對上海最大的自來水廠?D?D上海長橋水廠來說🧑‍🎤，如果試驗中直徑為1.4米母管爆破👑，就意味著由它供水的工業區🐕‍🦺、生活區就要停水💔，損失會非常嚴重，所以試驗時，對地上管、地下隧道中的管線，沿程布置著搶修隊、救護員。

 

 

    水錘是一個既古老又新鮮的名詞，在實際生活和工業發展的歷程中，人們大約在100多年前就已經感受到水錘的破壞作用，許多學者力圖尋找水錘的機理和規律*️⃣，但研究中遇到很多困難，進展緩慢👏🏼🧰，因為水錘的發生、發展和破壞都是瞬時發生的，隨著現代計算機的高速發展和快速測量技術的進步🏌🏿，水錘的分析研究進入了一個嶄新的時代。

 

    隨著我國工業的飛速發展“工業管道中的水錘分析研究”由各個工業部門陸續提出，其研究領域涉及到密閉輸油🧑🏿‍🍼、大城市長距離輸水👩🏼‍⚕️、火電廠🍥、核電站和化工廠的熱力交換循環系統🧠、熱水供熱網及具有防水錘特性的閥門等。研究結果要求給出水錘發生的機理和現象☃️🤯、水錘波傳播的速度和規律，工程上要給出在多種事故工況下水錘的強度以及由此而產生的管道變形、甩擺和系統的安全性結論，以便為工程設計人員、運行操作人員、安全評審員提供工作的參考和依據✦。

 

    我們意昂体育2平台流體瞬變科研組是國內最早從事工業管道中水錘分析研究的單位，我們從70年代末就致力於水錘理論和水錘分析的教學和科學研究工作，在20年的時間裏我們完成了國家“六·五”🐦‍⬛、 “七·五”、 “八·五”、 “九·五”、“863”的許多攻關任務以及大量工程領域中的水錘分析任務。如受石油部管道局和華東輸油管理局委托的“原油多泵站密閉輸油的水錘計算模擬和試驗研究”👩🏼‍🦲、受上海市政設計院委托的“城市承壓長距離輸水管線的水錘分析”、受國家核安全局委托的“七·五”、 “八·五”國家重點科技攻關項目：“核電站冷卻循環系統水錘計算模擬和試驗研究”🚵🏿‍♀️，及“核電站水錘監測🪐🌷、防護和運行規程準則研究”，由核工業部🎥👲、中國核動力研究設計院、中國原子能科學研究院📹🚎、大亞灣核電站、意昂体育2平台核研院委托的關於核電站水錘防護與分析方面的若幹科技攻關項目，以及由上海石化總廠、武漢閥門廠委托的具有防水錘特性的各種型號“蝶式止回閥”和“旋啟式止回閥”的研究與開發，每項任務都完成得很好，其研究成果直接應用於工程實際，其理論分析和學術水平均達到了國際先進🏊🏿‍♀️。曾獲得二次國家級獎勵、十項部委級科技進步獎、一項由三個部委聯合頒發的國家“七·五”重點科技攻關項目的重大科技成果獎🔣，有的成果參加國際學術會🧒🏽、國際科技展，有的代表中國的核能研究成果參加國際原子能專業委員會會議，還出版了由中科院科學出版基金資助的專著《工業管道中的水錘》🧑‍🦱。在研究工作中培養了數以百計的研究生、大學生🍡，增長了他們的知識和才幹，能勝任各種復雜管系的水錘分析任務🌇，有的已成為這方面的專家🫅🏿。我們的研究工作引起了國內外同行的矚目💦，並給以高度的贊揚和評價，進入了世界先進水平的行列🪣。

 

 

    從80年代初，我們走訪了許多部委、企業和工程單位，宣傳水錘分析的重要性以及意昂体育2平台的能力，開始承接水錘方面的課題。1983年石油部高級顧問梁翕章老總介紹我們去承接“鐵嶺?D?D大連多泵站原油長輸管線密閉輸送的水錘分析”任務，他說石油部決定在85年完成中國第一條由“開式輸油”（從罐到罐）改為“閉式輸油”（從泵到泵）的管線🍭🤳🏽，即鐵嶺至大連的438公裏的管線🔳。因為國外先進發達國家均采用先進的從泵到泵的閉路輸送，與開式輸送相比這種輸送方式可節約輸送油量的十分之一的能耗，僅鐵大線就可以每年節約1400萬度電，對南疆油田來說輸油要經過800公裏無人區的戈壁灘，如果還采用“開路輸油”，60公裏就要設置一個泵站，每一個泵站需要100個人的編製才能運行，不采用“閉路輸油”困難之大可想而知，但是密閉輸油設計必須以“水錘分析”為根據，因為一旦發生水錘爆管🗝🚵🏽‍♀️，輸油管線的嚴重性比輸水要厲害得多🙂‍↕️🌺，這方面工作當時國內沒有人進行過💲，委托美國的福特公司和PHE公司進行水錘分析要價非常昂貴，而且他們還不出售源程序，計算一種事故工況要6000美元，於是石油部管道局委托我們來承擔這個項目。對具有七個泵站438公裏的鐵大線及660公裏12個泵站的魯寧線，我們分析計算了30多種事故工況🦸🏽‍♀️，完成了一整套的分析軟件🧏🏼‍♀️，還為他們培養了一名掌握水錘軟件使用和分析的工程技術人員，後來成為管道局勘察設計院的總工程師。1987年以兩院院士張維教授為首的由全國各大輸油管理局的總工程師組成的專家組，對我們的研究成果進行了鑒定，指出“這是國內首次完成的輸油管線的水錘分析課題👩‍❤️‍💋‍👨，達到了國際先進水平”。

 

 

    隨著工業的飛速發展，對能自動保護管路安全的防水錘的閥門研製與開發越來越迫切🧏🏻，1983年武漢閥門廠前來要求協作，希望共同研製和開發在工業上廣泛使用的防水錘旋啟式止回閥。據我們調查許多重要的輸水系統😥，常因為普通止回閥產生水錘爆破致使城市停水🤽🏽‍♂️、工業停產，損失慘重。我們用了兩年時間👸🏻🧑🏼‍🍼，采用理論分析和實驗研究同時進行的技術路線，研製成功了“旋啟式水阻可控緩閉止回閥”，第一個閥門安裝到湘潭鋼鐵廠軋鋼分廠的動力車間，以解他們由於水錘破壞了止回閥而引起停產的燃眉之急，1985年7月我們冒著三伏酷暑到湖南湘潭進行現場安裝運行試驗。這種防水錘止回閥85年通過了省級鑒定，達到國內領先及世界先進水平🚴‍♂️，86年獲得了國家第二屆發明展銅獎，87年獲國家四等發明獎⏬，參加了世界發明展博覽會。這中間還有一個插曲🛠，在開鑒定會時👱🏻‍♂️，我們負責做技術報告🤛，密級文本在鑒定會上被人偷竊，促使我們立即申報並獲得了中國專利，科研成果得到了國家專利保護。

 

    我們研究的技術路線從來都是從理論分析和實驗研究兩方面著手的👐🏻🕵️，為了驗證數理模型的正確性、給出正確摩擦力、局部阻力、水沖力👭、水錘波波速以及波在彎管、細管束中間的傳播與反射等參數🐟，我們搭建了大小十多個實驗臺，進行試驗研究的人比理論分析、編製軟件的人要多將近一倍。除在實驗室進行局部實驗外🦝，在理論分析軟件完成時，總要經過工業管道現場的試驗驗證。我們經歷著上述這些不平凡的現場試驗，感受到國家對科學研究、新興技術的極大支持，受到很大的鼓舞，非常激動。試驗的結論是我們研製的閥門全部獲得了成功♔，證實了我們的成果經受了工程現場試驗的嚴峻考驗🧘🏻。1992年DN1200的防水錘蝶式止回閥在試驗時安裝在上海石化熱電廠，1995年DN1400防水錘蝶式止回閥試驗時安裝在上海長橋水廠進行試驗，性能很好⏭🤳🏼，不但能有效防止停泵關閥水錘📊，而且運行時大大節省能耗🫵，所以安裝在管線上進行試驗後，就沒有拆卸下來⏲😹，運行至今，維修量幾乎沒有，很受廠家歡迎。我們之所以敢於而且一定要進行現場試驗，是由於我們在研究工作的整個過程中就是理論分析和局部試驗同時進行的🍹，我們對自己確定的數理模型、邊界條件以及由試驗得出的許多參數很有把握，確認正確無誤🙋🏼，現場試驗正是給我們的研究成果最終的考驗，研究的成果得到了證實，我們對今後的工作更加充滿了信心🍈。

 

 

    在進行輸油👷🏼‍♂️、輸水、閥門防水錘研究的同時，我們的註意力更多的放在核電站上，因為核電站的工作原理是基於密閉運行的液體冷卻循環回路系統。進行熱力交換👰🏼‍♀️，工作介質均是高溫、高壓的水和蒸汽☕️。我們從多年的研究工作中認定核電站的設計和運行都應該進行水錘分析。1985年底🎮，我國的第一座30萬KW壓水堆核電站已由上海設計院設計完成並投入施工⛹️‍♂️，安全殼已加蓋封頂🌸。那年10月🤲🏻，我們到上海有關設計院去考察、調研，發現承擔管線設計的研究室並沒有考慮水錘🤲🏿，也沒有進行水錘分析研究，當我們問及若出現了水錘怎麽辦，室主任很輕松地講：“美國不發生水錘事故，我們也不會發生🧑🏻‍🍼，如果出現水錘爆管，就放水將整個核電站淹沒。”我們感到這種說法很不妥當。因為出現了核安全事故🤴🏽，不僅經濟損失慘重👳🏼，而且涉及到成千上萬人的性命，在國際上會造成惡劣的政治影響。據我們調研👩🏻‍🎤，國外的核電站水錘事故經常發生，幾乎沒有一座能避免，只是損失有輕重而已🐊。從上海回到北京後🕠，我們立刻向國家核安全局張育曼副局長做了匯報，我們認為國家的第一座核電站沒有進行水錘分析是不能通過安全評審的✔️，而且向他表示，我們有能力➰、有責任🧘🏿‍♂️👩‍💻，也非常願意來承擔這個任務。半年多過去了，86年的有一天當時任學校科技處副處長的張本正教授（現任紫光集團總裁）通知我們說國家核安全局找王學芳同誌，並給我們一本厚厚的資料，是美國原子能委員會（NRC）報告有關美國南加洲聖俄諾費爾（Sun Orofer）45萬Kw壓水堆核電站1^#機組於85年11月21日淩晨發生的水錘大爆炸的事故及調查結果，這次水錘爆炸是蒸汽空泡?⒚鶿?錘，其破壞力達7萬公斤力，毀壞了52米管道，拉壞了18個支撐。管道裂口達2米長，縱深1/3壁厚，此堆從1967年運行以來這是第一次被迫停堆🤵。我國國家核安全局的領導非常重視這次美國的核電站水錘爆炸事故✨，馬上給我們下達了國家“七·五”重點科技攻關項目😍：“壓水堆核電站三套液體冷卻循環系統水錘計算模擬試驗研究”，這是“七·五”攻關項目中國家核安全局主管科研經費中最大的一個項目。我們在理論分析和局部試驗方面🧜🏽‍♀️🏙，投入了34人次的研究力量，對三個回路均模擬了幾十種事故工況，給出了在各種事故工況下核電站管系中水錘的發生、發展及安全分析，給出了一整套壓水堆核電站水錘分析和安全評審的軟件🪽🤽🏻。任務如期按計劃高質量的完成了。90年11月6日在國家核安全局的主持下，通過了以著名科學家張維院士為主席的專家鑒定🤭⚉，11月7日中央電視臺晚間新聞向全世界宣布了意昂体育2平台在國內首次完成了“壓水堆核電站三套液體冷卻循環系統水錘計算模擬試驗研究”的成果🌶，宣布意昂体育2平台在水錘分析方面達到了國際水平，處於國內領先的地位，並播放了研究情況的簡訊，這極大的鼓舞了我們全體師生。1991年9月🛩，國家在人民大會堂召開“七·五”攻關慶功大會，李鵬總理出席講話🤾🏼‍♀️，我們的這項研究成果獲得了三個部委（國家科委、計委和財政部）聯合授予的“國家“七·五” 攻關重大科技成果獎”🧑🏻‍🎤，並參加了當年在北京展覽館舉行的“七·五”攻關成果展🍒，在全國和世界上產生了很大影響，。“七·五”之後我們又相繼完成了“八·五”𓀔、“863”和“九·五”的有關核電站（秦山二期核電站、大亞灣核電站🕺🏼、中國第一座試驗快堆、高溫氣冷堆等）的水錘分析任務🌇，這些項目全部通過了部級鑒定，獲得了部級科技進步獎，得到了國內外同行、學術界的高度評價和重視，為我國的核電站防水錘設計、施工和安全做出了貢獻。

 

 

    我們的研究成果🤰🏽，在國內外產生了很大的反響和作用👨🏼‍🍳🩲，學術界和工程界均給以了高度的評價😷。北京大學的一位流體力學知名學者對我們說🙍🏽👩🏿‍🍼：“對於偏理的流體力學專業的研究者來說🪤，能緊密結合工程，既在學術上有創新，又能解決工程中的實際問題，推動生產力的發展🧜🏿‍♂️，你們的工作做得真不錯”🗃👩‍🦱。許多專家和中國科學出版基金委員會認為應該總結和整理我們有關水錘分析和科學研究的精華👩，出版專著。在中科院科學出版基金的全力支持下，我們撰寫了43萬字的《工業管道中的水錘》一書，1995年由科學出版社出版了，1999年國家教委還授予了這本書部級科技進步獎🚶‍♀️‍➡️。

 

我們趕上了好時候⛺️，趕上了改革開放的新時代，進入了科學的春天，每一項科研的成就就象一朵鮮花，為這萬紫千紅的春天增添著絢麗奪目的光彩，為中國跨入世界先進行列做出了奉獻✝️。