當流體流經管道時，不同的流體會帶來不同的問題。石油和天然氣會出現穩定性問題，并對環境造成危害，而水存在著衛生問題。KSB公司的Wolfgang Rosler博士在本文介紹了針對開放式和封閉式管道的不同泵送方案。

　　從水力學角度看，水的泵送更具有挑戰性，因為它們不像石油或天然氣一樣可以壓縮。在啟動和停機時，緊急制動或流速的改變都可能對管道造成影響。為將壓力變化控制在一定范圍內，泵送系統必須帶有設計精良的波動控制設備。

　　流體的日流速或日流量是輸水系統設計的基礎。被泵送介質的流速不會超過2米/秒，在此流速下，水壓損失與泵站和管道的初期投入之間的比值是正的。橫截面較小的兩條并聯管路之間流速通常會被分開，特別是在日流量較高的場合，供應的穩定性或地形的復雜程度至關重要。

開放式結構

　　將介質從一個水庫分段泵送到下一個相隔很遠的水庫，就是所謂的開放式系統。這段距離由大量的泵站和水庫連接起來。因此，從水力學角度講，系統中的一系列單個系統彼此之間并不是直接相連的。

圖1. 用于Al Hunayy工程的RDLO型變頻驅動泵

封閉式結構

　　封閉式系統是完全不同的。管路中間的泵站是該管路的一個組成部分。這種類型的系統不需要在中間的泵站（即增壓站）設置緩沖槽，因此比開放式結構的建造成本低；也無需使用處理設備去除水中的生物雜質；也就沒有相應的維護成本。較低的液壓損失以及相應節約的能源也降低了總運營成本。

　　除了這些優勢，這些更復雜的自動系統也有不足之處，系統的設計必須非常安全。但泵站之間可能發生的控制和通訊系統的完全癱瘓不會導致整個系統的停機。在低流量范圍內，系統可以手動運轉。

　　在較高的功率下或系統滿負荷運轉時，必須借助自動的監測/控制和通信系統。這種水平的系統狀態不能手動控制。雖然存在這些缺點，但封閉式系統的生命周期成本仍低于開放式系統。

經過證實的技術

　　世界上修建了許多封閉式的輸水系統，但是連接Al Jubayl海水淡化工廠和利雅得（Riyadh）之間的管道才是真正意義上的第一條封閉式管道。該管線包括六座相互連接的泵站，正常運轉壓力為45 bar，輸送距離為450公里，成功地執行著輸水任務。（圖3）。

圖3. 沙特阿拉伯半島地區的幾條管路詳圖

　　KSB負責供應各種水泵和閥門以及流體力學工程設備，廣泛參與了這種系統的建造。利雅得市的Al Hunayy水輸送工程總共采用了32臺RDLO 35-690A和RDL 350-620 A2型增壓泵，這些泵每天將36萬立方米的飲用水從距離首都利雅得170公里外輸送到Riyadh High Point（圖1）。

　　四個并列的雙聯泵站相距大約40-50公里，通過兩個并聯的DN 1.2米管道輸送所需的水量，壓力等級為PN25和PN16。

　　從水力學和控制角度看，它們完全是獨立運轉的。這種布置很好地平衡了預期生命周期成本、穩定運行所需的設備成本和供水的穩定性。

　　除了Al Hunayy工程，KSB還參與了利比亞C319開放式管道、沙特阿拉伯Hofuf開放式管道和塞爾加內Mehke封閉式系統的建設。

加速和減速

　　封閉式輸水系統運行的第一個條件就是可靠的通訊系統。在所謂的預啟動階段。所有的閥門位置、入口水位和輔助系統，即冷卻水供給、潤滑、通風和冷卻系統都要經過檢查。當所有系統檢查完畢正常運轉后，第一個泵站的一臺泵會自動啟動，傳輸并激活啟動信號（圖2）。

圖2. 第一個泵站的3D圖

　　第一臺泵很快達到全速運轉，隨著轉速的增加，監控系統如監測到泵的轉速超出允許的運轉范圍，并聯管路內的第二臺泵就會自動運轉。如此一來，第一條管路中流動的水會提升第二個泵站入口處產生的介質壓力。一旦達到預先設定的壓力值，第二個泵站中的一臺變頻驅動泵就會開始運轉。

　　處于運轉狀態的泵的轉速和數量與可變的感應介質壓力保持一致，只要整個系統處于全速運轉狀態，這一起始壓力就會保持恒定。

　　因此，第一個泵站的啟動過程是由流速控制的，而其他所有增壓泵站是由感應介質壓力控制的。水力系統一旦穩定下來，感應介質壓力就會固定在系統設計者所計算出的數值上，以提高流速。

　　同時還要考慮泵的NPSH和輸入功率。如果感應介質壓力需要降低，控制系統會自動提高增壓泵的轉速。這會增加泵送流體的流速。為了可以對管路中所發生的程序進行細微的調節，降低感應介質壓力的方法在管路建造之前就采用CFD模擬進行過仔細測試。

電力故障風險

　　如果系統全速運轉時發生電力故障，增壓泵站內部將受到低壓波和過壓波的沖擊。這兩種現象是相互伴隨的，對整個系統會造成重大危害。

　　快速開啟閥可以將水釋放到環境中，從而減輕過壓波的強度。低壓波則會導致管道內部的氣蝕，通常可以通過足夠高的感應介質壓力來避免這一情況。在開放式輸送系統中，管道末段也會發生這種現象，但強度不同。

　　為了以可控模式將整個系統停下來，程序被反了過來。增大設定的感應介質壓力使增壓泵的轉速降低，一直到泵最終停機。流速在這一過程中不斷下降，系統最終會停止運轉。

總結

　　封閉式輸水管路是管道工程中最新的技術。因為這種系統中不需要中間的儲水槽或水處理設備，其建造成本更低，生命周期成本也較低。此種系統的唯一個缺點是需要非常精確的脈動控制和通訊設備。

　　但是，現在借助目前的信息技術，這些問題都可以解決，封閉式系統的優勢會戰勝這些缺點。