關于工廠管網優化的相關研究

關賽賽 李虹 黃博

（河鋼集團邯鋼公司能源中心，河北邯鄲 056000）

0.引言

隨著社會的不斷發展，工廠的給排水管網設計不斷地更新迭代，將污水站、軟水站、還有相關的水站和泵站連接成為一個不可分割的系統。如設計不合理或者管材選用不適用將直接導致水壓不夠，流量不夠甚至頻繁的破裂。這就會導致后期維修成本的增加、過多能源的浪費，嚴重時會直接影響工廠的生產環境甚至為危及人們生活安全。由此可見優化、改善工廠的給排水管網的設計顯得尤為重要。

1.工廠給排水管網的現狀

下面以某大型鋼廠的給排水管網為例說明整個給排水管網存在的問題。當前整個給排水管網每年會出現各種各樣的問題，如管道破裂、管道變形、管道需要頻繁改造等。而管道破裂有以下幾種原因：

（1）內部介質腐蝕破裂；（2）內部介質壓力過大而脹破；（3）管道上方壓力過大導致管道被壓破；（4）焊縫等接口處質量不合格導致管道漏水；（5）管道所處環境由于潮濕而導致管道被氧化而破裂等。

這些問題不但造成大量水資源的無端浪費，還造成大量的經濟損失，還會對整個生產環境造成不可估量的損失。在連續暴雨的季節有的地方的排水不當而導致地面大量積水，有的地方積水深度過高而會影響大家的正常通行甚至有淹沒相關設備的危險。經過2018年的統計，一年內共發生43次管道破裂，連續雨季發生5次雨水排放不及時直接或者間接造成一定經濟損失。

2.給排水管網的優化設計

結合工廠內的管網存在的一系列問題，我們研究小組展開各項試驗和討論，最后總結要想從根本上解決以上各種問題需要從以下幾方面做優化和改善。

2.1 結合介質的成分、流速、壓力等技術參數合理選用管材

對于管道材質要求我們必須做到安裝方便、后期運行可靠且維護工作量不大，同時還需要滿足化學性質穩定，耐腐、質輕、韌性好、壽命長等特點。給排水常用的管材分為金屬管、塑料管和復合材料3大類[1]。

（1）金屬管。目前常用的金屬管主要有：鋼管、銅管鍍、鋅管、鑄鐵管。鋼管分為焊接鋼管和無縫鋼管，鋼管具有強度高、耐振動長度大接頭少且易于加工的優點，主要用于輸送介質壓力比較高的管道。銅管造價相對較高，多數情況用于熱水方面的輸送管道。鑄鐵管包括灰口鑄鐵和球墨鑄鐵，具有鐵的材料，卻具有一定的鋼的性質。成本比鋼管低但承受壓力相對較低，所以一般用在壓力相對較低的給排水管網上。（2）塑料管。用于大多數用于給排水工程的塑料管有PE管、UPVC管、PP-R管、PB管、PEX管、PP-C管等。塑料管有一下優點：重量輕，內壁光滑摩擦阻力系數小，便于運輸和安裝，防腐性能優于金屬管。但是缺點是承受壓力相對弱于金屬管。（3）復合管。1）玻璃鋼管（FRP管）：玻璃鋼管屬于熱固性塑料管。玻璃鋼管具有質量較輕，承壓能力高等特點，并且內壁光滑、耐腐蝕能力強，后期施工安裝方便，但該管造價高于鋼管。2）耐沖擊UPVC管：耐沖擊UPVC管是將成型的UPVC管通過物理方法和化學方法兩種方法進行處理，形成具有高密度硬質中心層和耐沖擊內外硬質層的三層結構，這樣便可以改善普通UPVC管抗低溫強度低的嚴重缺陷。通過我們相關工作人員的現場試驗，最終證實這種3層結構的特殊構造的確比傳統鑄鐵管擁有更高的耐沖擊強度和拉伸強度。3）襯塑鋁合金管：襯塑鋁合金管是由鋁合金外層和聚丙烯內層通過金屬加工復合而成，故該管的性能和鋁塑復合管的所有性能基本相同。

2.2 合理的管路設計

對于新建的給排水管路，圖紙設計必須得到各個單位的重視。施工之前，施工單位、用戶、設計單位以及監理單位等各方單位對施工圖紙進行分析和交流，加強對圖紙的理解，確定最優設計方案。目前很多用戶在設計管線時，僅僅考慮該管線如何最優，這樣是遠遠不夠的。除此之外還需考慮，廠區后期的建設、其他相鄰管線的泄露是否對其影響，若在地下承受壓力是否會有變化等。確保管線做到最優設計，這樣會減少后期很多的維修問題和改造成本[2]。

2.3 確保工程質量的安全施工

施工過程中如發現的確無法按照設計圖紙施工，則停止施工會同各方單位開會討論，最終由設計單位進行設計變更并做好相關記錄。管道施工過程中如發現任何質量問題，立即停止施工，將問題上報，然后會同各方單位，找出合理的處理方案，待問題解決后方可繼續施工。

加強完全管理包括：（1）施工過程中，施工單位絕不允許出現違章作業，一經發現立即停止施工、整改。（2）監理對施工單位進行現場監督和指導，對不符合規定的施工和設施，有責任制止其施工。（3）施工單位在進行各工序交接時，必須做好安全技術交底。（4）還有施工過程中可能出現的其他安全注意事項如高空墜物，砸傷以及消防方面的安全問題。一系列安全措施做好之后方可施工。

2.4 給排水管線技術的改善

（1）合理設計管線走向。通過合理設計管線走向便可以減少很多彎頭、變徑等構件，還可以避免較多的管線交叉，減少在各個構件處的局部阻力和：沿程阻力，極大的減少水在流動過程中的水頭損失，便實現了對投入成本的節約。（2）加設補償器（伸縮管、方形補償器等）、排氣閥。從工廠給排水管道破裂的原因來看，大多是因為脆弱接口處軸向應力過大而超過管道的應力極限導致管道破裂。所以要解決類似問題就需要將過大的應力進行轉移。這就需要在個別應力較大處或者間隔一定距離需要設置一定的將過大的應力吸收的補償器。另外在地形不平處需要在最高處設置排氣閥將管道的氣體排出防止氣體進出水泵損壞設備。（3）增設各類閥門井、儀表井。眾所周知，各類閥門、儀表由于經常操作安裝在室外雖然易于操作但是暴露在室外由于長期受雨淋暴曬會使出現故障的概率增大，而集中設置在構件井內，便會很好的避免該類問題，還會避免，由于其他施工導致的各種不經意損壞等。另外還有很多技術方面的問題需要改善如合理設計水流速度能夠將水力損失降低到最小，也能極大的降低水利成本[3]。總之，現場情況變化萬千，遇見問題多方討論，集思廣益，確保工廠整個給排水管網在安全的前提下，以最小的成本能得到最大的收益。

3.結語

給排水工程對與整個社會和人類的生活密切相關，國家對于這方面每年投入巨大，所以對于給排水整個管網的設計和優化顯得尤為重要。本文主要以某鋼廠為例說明目前給排水管網系統存在的一些問題，以及改善的方法進行分析，主要的設計和優化方向在于：（1）結合介質技術參數合理選用管材；（2）合理的管路設計；（3）安全施；（4）管線技術改善。

給排水整個系統都是相通的，貫穿工廠生產用水、生活用水、市政用水以及各種雨水污水排放等各個方面，希望各行業水利相關人員能夠重視，在日后提高整個給排水管網的管理維護的設計優化，提升整體完全運行能力，以保障工廠生產用水、人們生活用水安全；各類污水、雨水合理安全排放，以保障人們日常生活、生產，推進社會發展。