南溝門水庫北線供水工程華能電廠輸水管道優化設計

康勇（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

南溝門水庫北線供水工程華能電廠輸水管道優化設計

康勇
（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

本文對延安市南溝門水庫向華能電廠輸水所選用管道進行了方案比選及詳細分析論證，最終管材采用了鋼管及球墨鑄鐵管。對同類管線供水工程有一定借鑒作用。

南溝門水庫；華能電廠；管材選擇；管徑技術經濟比選

1　工程概況

南溝門水庫位于延安市黃陵縣境內，水庫壩址位于葫蘆河河口上游3km處的寨頭河村南溝門附近，距延安市約120km。華能延安電廠位于延安市洛川縣吉子現鄉，延安煤油氣資源綜合利用項目位于延安市富縣。

延安市南溝門水庫北線供水工程是向華能延安電廠項目及延安煤油氣資源綜合利用項目輸水的長距離調水工程，等別為Ⅲ等，最大年供水量為3210萬m3，主要建筑物有輸水隧洞、壓力管線、兩級加壓泵站和管理房建等組成。工程防洪標準為30年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，工程總投資約11億元。南溝門水庫北線供水工程向華能延安電廠項目最大年供水量為560.7萬m3，輸水線路從南溝門庫內通過浮船式泵站一級加壓至串坡溝，在串坡溝內設二級加壓站分別向西北方向華能電廠項目和北部延能化項目供水。華能電廠方向出水管為兩根DN400管道，出泵站廠房后沿串坡溝交通路右側布置，爬坡至塬頂吉子現鄉田村附近華能延安電廠項目區，線路總長約4.75km。

2　華能延安電廠輸水管道工程設計分析

2.1線路布置

表1　輸水管道管材性能比較表

華能延安電廠輸水管線采用DN400雙管布置，起點為二級站泵站出水管，廠區地面高程854m，終點為華能延安電廠廠區東側預留管道接口處，供水末端地面高程為1109.5m，預留21m水頭。華能延安電廠輸水管線線路總長4.75km，其中管道右線長4749m，左線長4719m。管道設計流量為0.27m3/s，正常工況單管輸水流量0.135m3/s，事故工況單管流量0.189m3/s，采用DN400雙管輸水，管材為鋼管和球墨鑄鐵管，管頂以上覆土厚度在2m～5m左右。管道沿途地形起伏很大，最大高差近270m，管道靜水壓力較大。

2.2管道根數和間距

根據《室外給水設計規范》（GB50013-2006）7.1.3條及《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》（CECS193-2005）3.1.2規定，輸水干管一般不宜少于兩條，輸水管道的聯通管道斷面和根數，應按任何一段發生故障時仍能通過事故流量計算確定。本工程供水對象為重要的延安華能電廠生產生活用水，設計水平年供水量560.7 萬m3，且水源為唯一水源，供水保證率95%，從工程的重要性及工程安全要求考慮，本次設計輸水管道采用雙管。

給水管道之間的最小距離，應根據建（構）筑物基礎、衛生安全、管道埋深、管徑、管材、施工方法、管道設計壓力等因素確定。根據《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》，兩條壓力管道并行時，應考慮相互之間有一定的防沖刷距離（一般為10m），以保證一條管道損壞時，另一條輸水管仍可安全運行。根據調查了解，實際工程中，兩條管線的間距基本為管徑的1倍～2倍。鑒于本工程很重要，又處于地廣人稀、環境惡劣的黃土高原地帶，管道壓力較高段管道間距采用≥10m，管道間距無法滿足時采用加強管壁厚度和管材防腐等級，并采用C20砼包裹管道等措施予以解決。

2.3管材、管徑確定

（a）管材選擇

由于輸水管道揚程高，管道內壓大。管材應能保證良好的輸水能力、材質無毒、安裝方便、維修簡單、耐磨蝕、使用年限長、造價相對便宜。

不同管道材料，其水力學特性、耐久性、安全性、經濟性、施工難易等方面是不同的。管材是影響工程造價的主要因素。對于高壓力、小口徑的長距離輸水工程，目前常用管材有：鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）等。它們的管材性能比較見表1，價格比較見表2（該價格為包括管道制作、運輸、防腐等在內的價格）。

由表1、表2及各種管材在市場中的信譽度可以看出：

（1）從水力學性能考慮，三種管材表面摩阻系數相當，即水力學特性相當。

表2　管材價格比較表

（2）由于鋼筒混凝土管公稱壓力不易＞2.0MPa，所以用稱稱＜2.0MPa的三種管材從經濟角度來比較，同管徑滿足設計要求時的球墨鑄鐵管價格最低，鋼管次之，預應力鋼筒混凝土管價格最高。

（3）從管道接口來說，鋼管采用焊接，其余管材均為承插口連接、橡膠圈密封。

（4）從管道重量及施工方面看，鋼管、球墨鑄鐵管重量較輕，施工方便；預應力鋼筒混凝土管重量較重，施工稍有不便。

（5）從耐腐蝕角度出發，鋼管耐腐蝕較差，球墨鑄鐵管耐腐蝕次之；預應力鋼筒混凝土管耐腐蝕性能良好，但是需要陰極保護。

（6）從安全性及市場信譽度來說，小管徑鋼管、球墨鑄鐵管承壓性能高，適應性廣；預應力鋼筒混凝土管安全性及市場信譽度良好。

（7）從管材的壽命比較，鋼管稍短，球墨鑄鐵管的壽命與預應力鋼筒混凝土管壽命在50年以上。

綜合比較，預應力鋼筒混凝土管由于價格高、承壓性能有限，不宜用于本工程；鋼管雖然價格高，但承壓高、適應性強，用于本工程的高壓段及重要交叉建筑物處；墨鑄鐵管價格最低，承壓性能高，施工方便。所以鋼管和球墨鑄鐵管是本工程的推薦管材。

（b）管徑比選

管徑選擇與經濟流速、水頭損失、水錘壓力及水泵選型有關。管道流速是管徑選擇的重要條件，流速高，管道直徑小，但水頭損失也大，泵站揚程高，運行費高，能源消耗大，產生的水錘壓力也高。流速低，需要管道直徑大，但水頭損失小，泵站揚程低，運行費低。依照一般工程經驗，長距離輸水比較經濟的流速為0.8m/s～1.5m/s，本工程適用的管徑基本在DN300～DN500，最終確定需根據各種因素綜合確定。經初步估算，本工程適宜選用DN350、DN400、DN450三種管徑，管徑技術經濟比較表詳見表3。

表3　管徑技術經濟比較表

由表3可知，三種管徑直接投資依次為373、448、534萬元，DN400比DN350直接投資多75萬元，但比DN450少86萬元。三種管徑直接投資+年運行電費依次為958、987、1061萬元，DN400比DN350多30萬元，但比DN450少73萬元。由于DN350對應水泵揚程偏高，機組配套及管道水錘防護較困難，故舍棄DN350；顯然，DN400較DN450經濟。綜合考慮，選用DN400管徑。

南溝門水庫向華能延安電廠輸水經過綜合分析論證，采用雙管供水，管道壓力較高段管道間距不小于10m，管道間距無法滿足時采用C20砼包裹管道的措施予以解決。管材管徑經技術比較后選用DN400管徑的鋼管和球墨鑄鐵管，鋼管（P=4. 8MPa）累計長度為4363m，球墨鑄鐵管（P=2.5MPa）累計長度4549m，選取管徑較為經濟，投資較省。

3　結語

華能延安電廠是陜西省規劃建設的重點項目，一期機組建成后，年發電量約66億kW·h，一期年用水量約245.7萬m3，南溝門水庫北線供水項目就是向該項目輸水，根據上述對管材、管徑的經濟技術比選，所選管道管徑不僅節約了工程投資，而且滿足了工程的可靠性。目前南溝門水庫北線供水工程正在緊張建設過程中，期望該工程能早日向延安華能電廠輸水，發揮工程應有效益。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

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