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上海弋凌流體機(jī)械設(shè)備有限公司
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發(fā)布時(shí)間：2025-6-22
最近，一家個(gè)人護(hù)理工廠在發(fā)生一起由水錘引起的安全事故后向CSI尋求幫助。當(dāng)產(chǎn)品在管道中移動(dòng)時(shí)，旋啟式止回閥被快速關(guān)閉，管道與支架發(fā)生震動(dòng)，甚至有一塊從頭頂?shù)袈涞降孛妗?/span>
管道掉落導(dǎo)致了代價(jià)高昂的停機(jī)和安全違規(guī)，更不用說(shuō)設(shè)計(jì)、重新配置和維修的成本了——所有這些令人頭疼的問(wèn)題都是由一個(gè)很容易預(yù)防的問(wèn)題引起的。
這個(gè)問(wèn)題也并非加工業(yè)所。當(dāng)我們突然關(guān)掉水龍頭時(shí)，我們所有人都聽(tīng)到過(guò)家中水管偶爾發(fā)出的敲擊聲。這種現(xiàn)象稱為“水錘"，它也可能發(fā)生在過(guò)程工業(yè)的管道系統(tǒng)中。
然而，在這些情況下，由于通過(guò)管道移動(dòng)的流體的體積和壓力，這種情況的后果可能很嚴(yán)重。我們將在下面的段落中更詳細(xì)地討論水錘問(wèn)題和解決方案，并提供一些如何避免水錘的提示。
水錘也稱為液壓沖擊，是當(dāng)管道系統(tǒng)中的流體被迫停止或突然改變方向時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)。
流體突然停止的動(dòng)量會(huì)產(chǎn)生壓力波，該壓力波穿過(guò)管道中的流體，使管道系統(tǒng)中的所有部件都受到巨大的力。
當(dāng)管道末端的閥門突然關(guān)閉時(shí)，發(fā)生水錘。移動(dòng)的流體撞擊現(xiàn)已關(guān)閉的閥門，產(chǎn)生液壓沖擊波，在整個(gè)管道中產(chǎn)生共振。
某些類型的止回閥（包括旋啟式止回閥、傾斜盤止回閥和雙門止回閥）由于其設(shè)計(jì)本質(zhì)上容易快速關(guān)閉。在管道系統(tǒng)中使用這些類型的閥門可能會(huì)導(dǎo)致水錘問(wèn)題。
水錘也可能是由泵故障引起的。如果將流體推過(guò)管道系統(tǒng)的泵突然發(fā)生故障，移動(dòng)流體的速度也會(huì)突然發(fā)生變化。泵下游的流體試圖繼續(xù)流動(dòng)，在管路中產(chǎn)生真空，從而可能導(dǎo)致水錘。
首先，考慮流體不可壓縮。當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在一定速度下，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)突然停止時(shí)，流體會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的力。例如，以 100 加侖的水在 2 英寸管道中以每秒 10 英尺的速度流動(dòng)為例。當(dāng)這種流動(dòng)被快速關(guān)閉的閥門迅速停止時(shí)，產(chǎn)生的力相當(dāng)于 835 磅重的錘子撞擊障礙物的力。
從另一個(gè)角度來(lái)看，如果流體流動(dòng)在不到半秒的時(shí)間內(nèi)停止（這可能是典型閥門的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)閉速度），則可能會(huì)產(chǎn)生比 100 psi 以上的壓力峰值管道系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)工作壓力。
水錘至少會(huì)導(dǎo)致管道噪音和振動(dòng)。然而，更嚴(yán)重的結(jié)果是可能的，包括：
管道塌陷
管件和接頭處泄漏
其他管道元件如流量計(jì)、壓力表等故障。
管道支撐系統(tǒng)損壞
對(duì)正在加工的產(chǎn)品造成損壞，特別是在食品和飲料加工以及藥品制造應(yīng)用中
充滿蒸汽的管道系統(tǒng)也可能會(huì)遇到類似于水錘的現(xiàn)象，稱為蒸汽錘。
當(dāng)部分蒸汽在一段管道中凝結(jié)成水時(shí)，就會(huì)發(fā)生蒸汽錘。
蒸汽吸收這些水，形成“段塞"，然后將段塞高速撞擊到管件中，產(chǎn)生巨大的錘擊噪音并對(duì)管道施加壓力。這種情況通常是由于流管系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的冷凝水排放策略不佳造成的。
此外，如果在蒸汽管線中安裝了空氣疏水閥，隨著時(shí)間的推移，空氣疏水閥可能會(huì)因管線中的冷凝水吸收空氣而耗盡。要解決這種情況，請(qǐng)關(guān)閉蒸汽供應(yīng)，并打開管道系統(tǒng)和位置的水龍頭，以排出蒸汽并重新供應(yīng)氣墊。
在您的系統(tǒng)開始制造之前，必須與一個(gè)值得信賴的合作伙伴合作，該合作伙伴了解衛(wèi)生處理并可以設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)滿足您的工藝的特定需求。該合作伙伴應(yīng)了解衛(wèi)生加工的復(fù)雜性和水錘的危險(xiǎn)，以便開發(fā)出消除這些風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)。
對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)，考慮管道系統(tǒng)的運(yùn)行特性至關(guān)重要。這可以通過(guò)多種方式來(lái)完成。例如，可以降低管道中的流體速度。某些應(yīng)用的管道尺寸表建議過(guò)程流體流量不超過(guò) 4.9 英尺/秒。然而，在設(shè)計(jì)需要就地清洗 (CIP) 的管道時(shí)，這可能會(huì)產(chǎn)生沖突，因?yàn)?CIP 使用速度大于 5 英尺/秒的湍流。
以下措施還有助于降低管道中流體的速度，從而減少液壓沖擊的可能性：
使用較短的支管長(zhǎng)度
使用較短長(zhǎng)度的直管
在工藝管道系統(tǒng)中添加彎頭和膨脹環(huán)。水錘與流體中的聲速有關(guān)，彎頭減少壓力波的影響
將主管布置在回路中，以供應(yīng)更短、更小的流出支管。對(duì)于環(huán)形管道，環(huán)路兩側(cè)的較低速度流可以服務(wù)于支管
每當(dāng)流體因泵狀況變化或閥門位置變化而加速或減慢時(shí)，都會(huì)發(fā)生壓力變化，從而導(dǎo)致水錘。通常，這個(gè)壓力很小，而且變化又很平緩，水錘幾乎無(wú)法檢測(cè)到。然而，在將產(chǎn)品快速沿著長(zhǎng)管道輸送的加工設(shè)施中，打開或關(guān)閉泵所產(chǎn)生的壓力可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水錘。
您可以通過(guò)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)編程來(lái)消除這些的壓力變化，例如對(duì)泵進(jìn)行編程以逐漸升高或降低。這個(gè)過(guò)程可以將壓力變化延長(zhǎng)幾秒鐘，甚至超過(guò)一分鐘。Central States Industrial Equipment (CSI) 可以評(píng)估您的工藝系統(tǒng)，通過(guò)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計(jì)或編程，幫助限度地減少或消除水錘的可能性。
經(jīng)過(guò)適當(dāng)培訓(xùn)的加工廠人員在減輕或消除水錘方面大有幫助。充分的培訓(xùn)教會(huì)操作員正確打開和關(guān)閉手動(dòng)或驅(qū)動(dòng)閥門的重要性 - 限度地減少水錘的影響。
制定良好的管道控制實(shí)踐（例如啟動(dòng)和關(guān)閉程序）還可以確保您的系統(tǒng)正確、高效和安全地運(yùn)行。CSI 提供啟動(dòng)支持，以確保操作員、管理人員和安全人員對(duì)自己安全操作和維護(hù)系統(tǒng)的能力感到放心和自信。
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