基于長距離輸水管道幾個設計要點分析

【摘要】本文首先對各種管材特點、價格進行分析，然后詳細的論述了管材選擇方法及建議；管徑選擇的具體方法；長距離輸水管道工作壓力分段選擇的經濟合理性；防護技術與安全措施，本文提出了自己的一些觀點和見解，望能為長距離輸水管道的設計提供借鑒和參考。

【關鍵詞】 輸水管道；管材；管徑；工作壓力

一、長距離輸水管道管材分析

1、鋼管。鋼管應用歷史較長， 范圍廣， 是一種傳統的輸水管材。鋼管一般選用螺旋焊接與直縫焊接管， 具有強度高、可靠性高、適應性強等優點， 但耐腐蝕性差， 使用壽命一般不超過25 a。為延長鋼管壽命， 需對其進行防腐處理和保護， 其方法可采用涂料加犧牲陽極的復合防腐措施。鋼管內、外防腐采用國家衛生部許可的 GZ- 2新型高分子防腐涂料， 內壁防腐級別為普通級， 采用二底二面， 漆膜干膜厚 80～ 100 m； 外壁防腐級別為重加強級， 采用二布四 油， 漆膜干 膜厚 280～300 m； 犧牲陽極保護塊間隔一定距離通過電纜與鋼管連接， 加強鋼管的抗腐蝕能力。通過涂料加犧牲陽極的復合防腐措施， 可使鋼管壽命達 50 a， 但施工復雜， 工期長， 造價較高。

2、球墨鑄鐵管。具有強度高、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點， 內壁襯水泥磨光防腐， 外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐， 采用柔性 T型接口， 適應變形能力強， 止水效果好， 是一種較理想的輸水管材。

3、預應力混凝土管。預應力混凝土管因加工工藝簡單， 造價最低， 但管材生產過程中存在弊病， 如三階段噴漿質量不穩定， 易脫落和起鼓； 一階段管在施加予應力時不易控制， 造成質量不穩定、不均一， 且因重量大造成運輸安裝不方便， 使其應用受到了限制， 該管道為最經濟的管材， 可根據供水重要性適當選用。

4、預應力鋼筒混凝土管 （ PCCP ）。預應力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復合管。管芯為混凝土， 在其外壁或中部埋入厚 1.5mm 鋼筒， 在管芯上纏繞預應力高強鋼絲， 并在其外部噴水泥漿保護層。該管抗滲性能較好， 接口采用鋼制承插口， 尺寸較準確， 設橡膠止水圈， 止水效果較好。

5、玻璃鋼管。玻璃鋼管全稱纏繞玻璃纖維增強熱固樹脂加砂管， 該工藝是以樹脂為基本材料， 玻璃纖維及其制品為增強材料， 以石英砂為填充材料而制成的新型復合管材。玻璃鋼管采用承插式連接， 橡膠圈止水， 具有耐腐蝕、重量輕、強度高、不結垢， 尤其內壁光滑， 水力學性能好， 造率系數僅為 0.009， 是鋼管的 70% ， 被稱為“水力學光滑管”， 在長距離輸水管道中具有廣闊發展前景。

6、硬聚氯乙烯塑料管 （ PVC - U ）。硬聚氯乙烯塑料管是一種傳統輸水管材， 具有耐腐蝕、重量輕、運輸安裝方便等優點， 管徑一般小于等于 800 mm。400mm 以下管徑較為經濟。

7、超高分子量聚乙烯管。超高分子量聚乙烯管是一種新型工程塑料管道， 具備了PV C- U 管優點外， 還具有高抗沖擊性， 其沖擊強度是聚乙烯管的 4倍， 高耐磨性， 可達 PVC- U管的 10倍， 提高了使用壽命， 管道連接采用電熱融焊接工藝， 有效防止結點滲漏和開裂。

二、長距離輸水管道管徑分析

長距離輸水管道投資占輸水工程的絕大比重， 管徑增大， 管道一次性投資增大， 管路阻力減小， 可降低電耗量與年運行費用， 相反管徑減小， 可降低管道一次性投資， 但管路阻力增大， 年耗電量及年運行費增加。因此如何確定一個合理的管徑， 是長距離輸水管道設計中的一項十分重要的工作。確定經濟管徑的方法可采用費用現值最小法。假設不同的管徑， 計算出管道的一次性投資， 然后根據供水流量、管長、管徑、管材計算凈揚程， 再由凈揚程、流量等計算裝機容量， 從而計算年運行費， 按費率和年限折現， 求出費用現值，其中最小費用現值對應的管徑即為經濟管徑。

三、長距離輸水管道工作壓力分析

長距離輸水管道各段工作壓力不同， 管道進口 （泵站出口 ）壓力最大， 管道出口壓力最小， 并受地形起伏的影響。設計過程中應根據工程具體情況計算出管道沿線的工作壓力，包括水錘壓力和檢修情況， 以選擇管材壓力值。鋼管和球墨鑄鐵管強度高， 管材工作壓力一般為 1.6M P a， 對價格影響較小， 其它材料管道工作壓力不同對價格影響較大。預應力混凝土管工作壓力為 0.4 ～ 1.2 M Pa， 分 5級； 預應力鋼筒混凝土管工作壓力為 0.4～ 2.0 M P a， 分 9 級；玻璃鋼管工作壓力為 0.6 ～ 2.0 M Pa； 聚乙烯管為 0.6～ 1.0M P a； 高級聚乙烯管為 0.4～ 2.0 M Pa。上述管材工作壓力每提高一級， 增加管材投資 20% 左右。因此長距離輸水管道設計中必須根據計算壓力值， 分段選擇其工作壓力， 達到安全與經濟的完美結合。

四、長距離輸水管道防護技術與安全措施分析研究

1、水錘的防護。水錘是壓力管道系統防護的重要內容， 在長距離輸水管道中， 流速變化是經常出現的， 管道中流速變化時， 致使管道中水的壓力的升高或降低， 在壓力低于水的汽化壓力時， 水柱就被拉斷， 出現斷流空腔， 在空腔處的水流彌合時將產生強烈的撞擊， 管道中的水升壓， 形成水錘。水錘有啟動水錘、關閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大， 只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化； 關閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力； 但由于突然停電或事故停泵所產生的水錘往往較大， 水錘壓力值可達到工作壓力的 1.5～ 3倍。一般采取技術工程措施加以防護 ， 在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

2、排氣閥的設置。管道初次輸水時， 管道內存有空氣， 管道運行時， 實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時， 必須重視排氣閥的設置， 其數量應根據沿線地形、地質情況， 合理確定管道的縱向布置， 一般人為的每隔一定距離布置成一個高點，在駝峰處布設排氣閥， 防止管道的氣蝕和振動， 以影響管道輸水及安全。

3、連通管的設置。長距離輸水管道按有關規范規定， 一般采用雙管線布置， 以滿足檢修需要， 檢修時供水量應不少于設計供水量的70% ， 為達到此目的， 應在二根主管之間設置連通管， 在每根連通管處的主管上下側設置 2個閘閥， 共 4個閘閥， 以達到分段檢修目的。連通管的數量可根據輸水管線的長度， 在分段檢修情況下滿足設計供水量的 70% ， 經計算確定， 一般設置 3處連通管。

五、結語

總之， 在長距離輸水管道設計中， 管道投資占輸水工程的絕大比重， 管材、管徑及工作壓力的選擇必須根據工程規模、重要性、地形地質等進行經濟比較綜合分析確定， 許多技術及安全措施還有待更深入的研究與提高。

參考文獻

[ 1] 陳勇城 . 長距離輸水工程的管材選用[ J ]. 中國給水排水，1999

[ 2] 王占杰 . 供水工程管道的選擇[ J].中國水利， 2005