大伙房水庫輸水應急入連工程PCCP內防腐的研究

徐 鋒 ，蔡 新 ，張大奇

（1.遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大連市供水有限公司，遼寧 大連 116011）

1 問題的提出

大伙房水庫輸水應急入連工程是為了滿足大連市用水需要而進行的一項應急工程。每年輸水能力3億m3。以碧流河水庫為界，分為碧流河水庫北段工程和碧流河水庫南段工程，線路總長201.31 km。

其中碧流河水庫北段工程輸水線路全長165.07 km，包括輸水管線150.96 km、輸水隧洞14.11 km、加壓泵站二處等。碧流河水庫北段工程鞍山加壓泵站至隧洞入口采取壓力管線輸水，一級加壓泵站設在鞍山，與大伙房水庫輸水（二期）工程鞍山加壓泵站相鄰，一級加壓泵站揚程90.52 m，二級加壓泵站設在隧洞進口處，揚程為98.34 m。經一二級加壓泵站加壓后，通過123.21 km的輸水管線送至隧洞進口，輸水管采用PCCP，管徑2.8 m。隧洞采用無壓洞，洞長14.11 km。隧洞出口與碧流河水庫之間用27.75 km的輸水管線連接，送至碧流河水庫，管徑2.4 m，輸水管采用PCCP。

由于一級加壓泵站揚程高、流量大，造成輸水管靠近泵站部分最高內水壓力達到1.4 MPa，管道口徑大，高壓大口徑故此為高難度系數管道，從而導致PCCP材料價格高、輸水安全性也較差、電能消耗大。

為此，有必要采取合適的方法來降低水泵揚程，以解決上述問題。因此最主要的關鍵點就在于降低PCCP的n值，即對PCCP內壁進行噴涂處理。

2 PCCP內壁噴涂進展與趨勢

1）PCCP的 n值

美國水工協會對已使用60年以上的管作測試，其C值達140～150，顯示其壓損低，適合遠距離輸送及重力流，且不隨時間而變化，另鋼筒與承插口構成密封狀態，可以確保100%水封作用。《AWWA M9》中規定PCCP管道的糙率系數：PCCPL糙率系數n不大于0.014；PCCPE糙率系數n不大于0.011。PCCP內刷防腐涂料后，n值為0.085～0.010。

2）防腐材料類別

環氧樹脂引水倉漆、無溶劑環氧防腐涂料、GZ-2新型高分子防腐涂料等。

3）工程應用

a）國內。深圳東江供水工程（一期工程兩根DN2.6、雙線PCCP管，只作單線防腐，長度11.2 km。二期工程單根DN3.6PCCP管，全部作內防腐，長度6.0 km）、江蘇省海門市區域供水工程、廣東省江門市引水工程、福建省福鼎市跨海引水工程等。

b）國外。越南胡志明市供水工程等（采用兩根DN2.4、雙線PCCP管，采用內防腐，總長度10.0 km）。

從了解到的已建工程中可知，目前還不存在PCCP管內防腐涂料脫落或失效的問題。

并且中華人民共和國國家標準《預應力鋼筒混凝土管》制定委員會即將召開執委會，準備將PCCP管內刷防腐涂料作為一項專題，列入以后標準的改進內容中去。

4）經濟性優勢

a）節能。PCCP內壁作防腐處理，可較小n值，降低泵站揚程，節省電費。

b）省錢。較低泵站揚程可使輸水管線整體的內水壓力都要減少一個等級，降低管材造價。

5）國內調研情況

a）在深圳對東江供水工程進行了調研，東江供水管理處負責同志介紹了東江供水管道情況，一期工程兩條管線采用了內防腐，另一條未設。目的是兩者進行了比較，經幾年運行情況看，管壁上附著物大量減少。如藻類及貝殼等附著物，設內防腐是很有利的。

b）PCCP管廠，新疆國統廠家技術總工介紹了PCCP生產工藝等情況，雙方進行了座談。由于管線中有多處交叉穿越建筑物，其采用材料為鋼管輸水，因此內防腐設置形成的低糙率受到一定的制約，有必要在PCCP中采用防腐材料減糙。

PCCP國家標準GB/T19685-2005規范編寫者李世龍總工程師談了其對PCCP內防腐設置的主要看法：

a）從技術上是可行的，由于糙率降低，必然節省動能。為此經濟上是節省，且節能。

b）由于PCCP內壁為水泥基材質，屬無機材料，內防腐材料雖為有機分子，但其兩者是無化學反應的，不影響混凝土本身正常使用。且此防腐材料有較強的滲透性，能夠滲入混凝土10 cm左右，對混凝土的微小孔隙進行填充，從而提高了混凝土的耐久性及結構安全性。

c）此技術在國內外均有應用：美國、歐洲各國有應用，越南有應用。國內工程如深圳東江供水工程等。

d）但采用的材料必須具有安全性，如滿足衛生標準，附著力大等。

e）應進行經濟分析，是否經濟合理。

3 防腐材料選擇原則

1）內防腐材料應滿足中華人民共和國衛生部國產涉及飲用水衛生安全產品衛生許可要求。

2）施工工藝簡單，可采用刷涂法、滾筒刷涂法、噴涂法。

3）經濟合理。

4）耐久性應滿足50年。

5）適應性，不產生化學反應等。

4 工程的適應性

1）工程管線布設概況

大伙房水庫輸水應急入連工程碧流河水庫北段工程輸水線路全長165.07 km，包括輸水管線150.96 km、輸水隧洞14.11 km、加壓泵站二處等。碧流河水庫北段工程鞍山加壓泵站至隧洞入口采取壓力管線輸水，一級加壓泵站設在鞍山，與大伙房水庫輸水（二期）工程鞍山加壓泵站相鄰，二級加壓泵站設在隧洞進口前。經兩級加壓后，通過123.21 km的輸水管線送至隧洞進口，輸水管管徑2.8 m。隧洞采用無壓洞，洞長14.11 km。隧洞出口與碧流河水庫之間用27.75 km的輸水管線連接，送至碧流河水庫，輸水管管徑2.4 m。

輸水管除穿越鐵路、高速公路、省國道、大中型河流采用鋼管外，其余管材采用PCCP。

2）節能的可行性與必要性

從目前國內外能源緊張的局勢來看，電費逐步提高的趨勢已成事實，因此從長久來看，降低泵站揚程，減少運行費，勢在必行，并且也更符合國家的產業政策。

5 工程利用合理性分析

1）經此次國內調研了解，并與有關實踐單位及專家論談，目前國內外PCCP內壁噴涂防腐材料的工程很多，特別是南方地區，已經形成共識。因此，PCCP內壁噴涂防腐材料不存在任何技術上的問題。

2）由于PCCP內壁比較粗糙，與內防腐涂料結合的密實度要比鋼管高。因此，內防腐涂料與PCCP管結合的緊密性要比與鋼管結合的緊密性要好，因此耐久性要好的多。

3）由于管材粗糙系數選取直接決定了工程的投資及運行費用，本著從節能及節省投資的角度考慮，本次設計對PCCP內壁刷防腐涂料與不作內防腐的方案作了比較。當采用內防腐方案n=0.010時，相同的輸水規模（一年供水3億m3），PCCP管內徑可取DN2800，一級泵站揚程分為71.6 m，與不采用內防腐方案節省揚程18.92 m，管材壓力等級降低一個等級。經比較結果見表1。

表1 N值不同情況下投資比較表（一年供水3億m3） 元

從管道運行安全上來考慮，不設內防腐方案輸水管線的最高內水壓力達到了1.4 MPa，采用內防腐方案輸水管線的最高內水壓力為1.2 MPa，并且采用內防腐方案輸水管線整體的內水壓力都要比不采用內防腐方案減少一個等級，因此采用內防腐方案要比不采用內防腐方案運行過程中的安全性要強。同時采用內防腐方案的泵站揚程減小18.92 m，運行費也最為節省。

同時，也對每年輸水1億m3與3億m3水量每年節省電費的工況進行了比較，結果如下：輸水量1億m3/年，電費節省3 633 000元；輸水量3億m3/年，電費節省10 900 000元。

6 結語

1）PCCP管道采用內防腐，降低糙率達到節能的目的，在技術上是可行的。

2）采用符合國家衛生標準的防腐材料是必須的，不然此目的是無意義的。

3）從節能角度在加壓輸水方式中采用內防腐材料降低糙率屬發展的必然趨勢。

4）內防腐材料必須滿足附著力的要求，以保證其應用壽命。

5）材料的實施工藝簡單，便于操作。

6）此項技術措施目前在國內外均有工程實施，并且效果是好的。

7）由于防腐材料有一定的滲透作用，充填了混凝土微小孔隙，使得管的重要性增強。

綜上所述，PCCP管內刷防腐涂料可使n值降低，可降低揚程，節省電費，可使管材總體價格降低，施工采用機械噴涂，材料價格、性能性價比良好。當每年輸水3億m3/年時，節省電費1 090萬元。因此，本工程PCCP管內刷防腐涂料技術上是可行的，經濟上是節省的。

［1］廣東省水利水電勘測設計研究院.深圳東江供水工程初步設計報告［R］.2005.

［2］新疆國統股份有限公司.深圳東江供水工程PCCP內外壁防腐施工技術要求［R］.2005.