溫泉水輸送管道設(shè)計工程實例分析

文/張曉鳳、劉琳 中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 天津 300074

朱萍萍 遼寧省市政工程設(shè)計研究院有限責任公司海南分公司 海南海口 570100

尹利軍 天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司 天津 300074

溫泉資源是一種珍貴的不可再生資源，由于溫泉一般處于山區(qū)或者郊區(qū)，加上溫泉水特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，輸送管材的選擇成為亟須注重的問題。管材的選擇不當，則會產(chǎn)生腐蝕、爆管等問題，保溫材料選擇不當，則輸送過程中的熱量擴散會導(dǎo)致溫泉水失去原有的溫熱特性。

本文通過具體的工程實例及運行狀況，介紹溫泉水輸送管道的設(shè)計，供其他工程參考。

1、項目概況

海南省某旅游度假區(qū)地熱溫泉水儲藏量較為豐富，是海南開發(fā)利用得最早最具規(guī)模的溫泉。根據(jù)地礦局勘查及勘探報告，可開采量A+B+C級共計約7700m3/d。根據(jù)熱礦水勘探報告及環(huán)境地質(zhì)評價報告，該處溫泉水的一處巖漿巖斷裂構(gòu)造帶內(nèi)的深循環(huán)裂隙水，水溫大于40℃的熱儲范圍約2Km2，其間10 個井控的井口溫度平均為53 ℃，含氟5.24-9.82mg/L、偏硅酸84.5-141.7mg/L，屬于氟、硅型溫熱級優(yōu)質(zhì)醫(yī)療礦泉水；其他溫水井的井口溫度25-31℃，含偏硅酸54.03-124.80mg/L，三個取放射性樣品的水井分別平均含氡112BP/L、38.46BP/L和16.20BP/L，屬于含氡、硅型溫水級醫(yī)療礦泉水。

本工程設(shè)計規(guī)模為3800m3/d，管徑DN200 ～250，全程管長7.938km，管道起點的溫泉水接口點平均水溫約為50℃，規(guī)范中對衛(wèi)生器具的水溫要求為30 ～40℃，考慮配水管的熱量損失，確定輸水管最不利點處用戶最低水溫為45℃。保溫要求溫度降低值小于0.63℃/km。

2、管材的選擇比較

2.1 管材選擇原則以及特殊要求

輸水管道選擇管道材質(zhì)過程中，應(yīng)考慮封閉性能高、管道的內(nèi)壁既要耐腐蝕性強，又不會向水中析出有害物質(zhì)、水力條件好、工程投資省等原則。同時，溫泉水輸送管與常規(guī)的給水輸送管材相比，應(yīng)具有抗壓強度大、化學(xué)穩(wěn)定性高，不易腐蝕的材料熱傳導(dǎo)系數(shù)低、內(nèi)壁應(yīng)光滑不易附著水垢、線膨脹系數(shù)小等特點。

2.2 管材優(yōu)缺點概述

目前國內(nèi)較常用供水管道的材質(zhì)主要有鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、玻璃鋼管（GRP）、熱塑性塑料管及鋼骨架增強復(fù)合塑料管。其各自優(yōu)缺點如下：

2.2.1 鋼管（SP）

其優(yōu)點是機械強度高，承壓能力強，耐震動，方便施工，適應(yīng)性強，多用于地質(zhì)、地形條件復(fù)雜狀況，一般時，多采用鋼管。缺點是價格較高，易結(jié)垢，須做好內(nèi)外防腐。

2.2.2 離心球球墨鑄鐵管（DIP）

優(yōu)點是具有優(yōu)良的機械性能，承壓能力強，密封性能好，供水安全性高；一般在生產(chǎn)過程中已進行防腐處理，無需另做防腐；且一般球墨鑄鐵管價格較鋼管低。其缺點是管材重量較大，DN400 以下管件價格偏高。

2.2.3 玻璃鋼管（GRP）

玻璃鋼管的主要優(yōu)點為重量輕、耐腐蝕、安裝方便、維護費用低，其管內(nèi)水力條件好，且清潔無毒。缺點是該管材存在易老化、配套管件少且加工不便，對基礎(chǔ)和回填要求高。

2.2.4 熱塑性塑料管

熱塑性塑料管一般包括硬聚氯乙烯管（UPVC）、高密度聚乙烯管（HDPE）、聚乙烯管（PE）、聚丙烯管（PP-R）、工程塑料管（ABS）等。該類型管道內(nèi)壁光滑，水力條件好，耐腐性能好，質(zhì)輕方便加工，價格低，缺點是管材強度低、質(zhì)脆、抗沖擊性能低，耐熱性差，熱脹系數(shù)大，多用于小口徑管道（≤ 400mm）。且一般熱塑性塑料管的適用溫度小于45℃。

2.2.5 鋼骨架復(fù)合塑料管

鋼骨架復(fù)合塑料管既有金屬管材機械性能高、承壓力強、耐高溫等特點，又有非金屬管材內(nèi)壁光滑、耐腐蝕、水力條件好等特點，且戶外施工方便，其管道壽命可達50年以上。多用于中小口徑管材。

2.3 溫泉水輸水管材確定

鋼骨架復(fù)合塑料管較之于單純塑料管道抗壓性能出眾，爆管發(fā)生可能性大為降低。相較于金屬管具有保溫性能優(yōu)良的特點，用作基材的高密度聚乙烯導(dǎo)熱系數(shù)為0.48W/m2k，鋼管導(dǎo)熱系數(shù)為46.06W/m2k，僅約為鋼管導(dǎo)熱系數(shù)的1%。

鋼骨架塑料復(fù)合管與同口徑的襯水泥砂漿的金屬管相比，其阻力損失僅為其48%，為此，運行費用低，且耐溫性能好、熱傳導(dǎo)數(shù)低、熱膨脹系數(shù)小、安裝便捷、抗腐蝕性強，綜合考慮管材性價比，具有較明顯的優(yōu)勢。本工程溫泉水輸送管選擇鋼骨架塑料復(fù)合管。

3、管道保溫設(shè)計

為保證溫泉水用戶點的溫度需求，必須對輸送管道進行保溫設(shè)計。管道的保溫一般由保溫層和保護層兩部分構(gòu)成。

3.1 保溫層材料的選擇

適用于管道的保溫材料主要有：巖棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫等。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物。具有重量輕、可加工性好、致密性高、導(dǎo)熱系數(shù)低（0.022 ～0.033W/（m＊Κ）），保溫隔熱效果好的優(yōu)點，在供熱工程中也有廣泛的應(yīng)用。

本工程采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫作為保溫層。

3.2 外保護層的確定

適合于埋敷設(shè)的管道外保護層有鋼管和塑料管兩種。鋼管較塑料管機械強度高，但是價格貴，且需要進行防腐處理。因此，本工程一般路段采用高密度聚乙烯套管作為保護層，在淺埋過公路段采用鋼管做外保護層。

3.3 管道設(shè)計

本工程溫泉水輸水管道采用鋼骨架復(fù)合塑料管+聚氨酯保溫層+高密度聚乙烯套管，管道斷面見圖1。管道全線直埋敷設(shè)，由于現(xiàn)場保溫很難保證厚度均勻，供水管道及其附件應(yīng)在到達現(xiàn)場前就做好預(yù)制保溫，將工作管套入外保護管，然后在兩管之間注入聚氨脂硬質(zhì)泡沫塑料（保溫層）。管子接口處現(xiàn)場發(fā)泡保溫。

為保證最不利點溫度，應(yīng)控制單位溫降不大于0.63℃/km。以此基礎(chǔ)計算管道熱損失應(yīng)控制在小于462kW。

經(jīng)計算，管道保溫層厚度及保護層外徑見表1。

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結(jié)論：

本工程溫泉水輸送管道全線直埋敷設(shè)，采用鋼骨架復(fù)合塑料管+聚氨酯保溫層+高密度聚乙烯套管的保溫管道輸送溫泉水，管道最不利點溫度達到45℃以上，滿足設(shè)計及使用要求，管道運行8年以來無任何事故，對以后的類似工程提供了借鑒意義。