溫泉水輸送管道設計工程實例分析

張曉鳳 劉琳 朱萍萍 尹利軍

【摘要】通過具體的工程，分析溫泉對輸送管道的特殊要求，從經濟、技術及綜合性能方面比較各種溫泉水輸送管道管材及保溫材料，提出了鋼骨架復合塑料管+聚氨酯保溫層+高密度聚乙烯套管的保溫管道，工程運行表明，該保溫管道運行良好，保溫效果能夠達到溫度降低值小于0.63℃/km要求。

【關鍵詞】溫泉水；保溫管道；鋼骨架復合塑料管

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或者郊區，加上溫泉水特殊的物理化學性質，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計，供其他工程參考。

1、項目概況

海南省某旅游度假區地熱溫泉水儲藏量較為豐富，是海南開發利用得最早最具規模的溫泉。根據地礦局勘查及勘探報告，可開采量A+B+C級共計約7700m3/d。根據熱礦水勘探報告及環境地質評價報告，該處溫泉水的一處巖漿巖斷裂構造帶內的深循環裂隙水，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、硅型溫熱級優質醫療礦泉水；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、硅型溫水級醫療礦泉水。

本工程設計規模為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℃，規范中對衛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過程中，應考慮封閉性能高、管道的內壁既要耐腐蝕性強，又不會向水中析出有害物質、水力條件好、工程投資省等原則。同時，溫泉水輸送管與常規的給水輸送管材相比，應具有抗壓強度大、化學穩定性高，不易腐蝕的材料熱傳導系數低、內壁應光滑不易附著水垢、線膨脹系數小等特點。

2.2管材優缺點概述

目前國內較常用供水管道的材質主要有鋼管（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合塑料管。其各自優缺點如下：

2.2.1鋼管（SP）

其優點是機械強度高，承壓能力強，耐震動，方便施工，適應性強，多用于地質、地形條件復雜狀況，一般時，多采用鋼管。缺點是價格較高，易結垢，須做好內外防腐。

2.2.2離心球球墨鑄鐵管（DIP）

優點是具有優良的機械性能，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）

玻璃鋼管的主要優點為重量輕、耐腐蝕、安裝方便、維護費用低，其管內水力條件好，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。該類型管道內壁光滑，水力條件好，耐腐性能好，質輕方便加工，價格低，缺點是管材強度低、質脆、抗沖擊性能低，耐熱性差，熱脹系數大，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鋼骨架復合塑料管

鋼骨架復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

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

鋼骨架塑料復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、熱傳導數低、熱膨脹系數小、安裝便捷、抗腐蝕性強，綜合考慮管材性價比，具有較明顯的優勢。本工程溫泉水輸送管選擇鋼骨架塑料復合管。

3、管道保溫設計

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計。管道的保溫一般由保溫層和保護層兩部分構成。

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。

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

本工程采用聚氨酯硬質泡沫作為保溫層。

3.2外保護層的確定

適合于埋敷設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管道設計

本工程溫泉水輸水管道采用鋼骨架復合塑料管+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，由于現場保溫很難保證厚度均勻，供水管道及其附件應在到達現場前就做好預制保溫，將工作管套入外保護管，然后在兩管之間注入聚氨脂硬質泡沫塑料（保溫層）。管子接口處現場發泡保溫。

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

經計算，管道保溫層厚度及保護層外徑見表1。

結論：

本工程溫泉水輸送管道全線直埋敷設，采用鋼骨架復合塑料管+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。

參考文獻：

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[4]趙欽銘.溫泉輸送管道選擇對比分析[C].//福建省科協第四屆學術年會能源與經濟的可持續發展研討會論文集

[5]趙欽銘.溫泉輸送管道選擇對比分析[C]//福建省科協第四屆學術年會能源與經濟的可持續發展研討會論文集

作者簡介：

張曉鳳（1986.10-），重慶人，本科，工程師，從事工作：給排水設計。