某發(fā)電廠廠外補充水管道方案比較分析

吳迷芳 趙 蘇

（1.中國電建集團(tuán)華中電力設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.黃河水利委員會水文局，河南 鄭州 450000）

0 引言

電廠廠外補充水系統(tǒng)、管材和相應(yīng)的經(jīng)濟管徑的確定是輸水系統(tǒng)的主導(dǎo)因素，它直接影響著補充水工程的合理性和工程的總造價。不同管材造價必然不同，同種管材，如果管徑選擇過小雖然可減小一次投資，但卻使輸水系統(tǒng)水頭損失增大，運行費用增加；如果管徑選擇過大，雖可減少電能損失，但增加了投資，造成不必要的浪費。

1 工程概述

1.1 工程情況

某電廠建設(shè)2×30MW 背壓供熱機組+1×350MW 超臨界供熱燃煤發(fā)電機組，電廠補充水源采用該地區(qū)污水處理廠處理后的再生水。管道長度為10.7km。

1.2 輸水系統(tǒng)管道比較方案的擬定原則

輸水管道的比選原則：（1）對工程中常見的各種供水管材進(jìn)行了論證比較，結(jié)合管道運行經(jīng)驗及本工程的供水距離、供水壓力等對各種可用管材進(jìn)行了初選；（2）根據(jù)經(jīng)驗公式初擬各種管材的管徑，然后以此管徑為基礎(chǔ)，確定1～2 組可行的管徑方案；（3）對不同的管材、管徑組成的各種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較。

1.3 輸水系統(tǒng)管道的經(jīng)濟比較方法

經(jīng)濟比較方法采用“年費用最小法”，即將投資按計算出的年固定費用率分?jǐn)傊撩恳荒曛?，再加上升壓水泵年耗電電費等運行費為年總費用，其中年總費用值小者方案優(yōu)。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，本次經(jīng)濟比較年固定費用率取13.75%。

1.4 電廠補充水量

電廠本期最大補充水量730m3/h。

2 廠外補充水管道材質(zhì)類型比較

在電廠長距離輸水工程中，管材的選擇一般要根據(jù)工程的規(guī)模，管道的工作壓力，輸水距離的長短，工程的進(jìn)度與重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地質(zhì)情況，當(dāng)?shù)毓懿牡纳a(chǎn)狀況，應(yīng)用管材的習(xí)慣等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟、安全論證，綜合比較后確定。

根據(jù)設(shè)計電廠長距離輸水工程的經(jīng)驗，特別是這幾年我國引進(jìn)大量的新型管材和新的生產(chǎn)工藝，管材的優(yōu)化尤為重要。目前長距離輸水工程大都在鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管與預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、聚乙烯（PE）管及其復(fù)合管等方面選擇，以下結(jié)合本工程特點分別就各種管材進(jìn)行論述。

2.1 焊接鋼管

焊接鋼管用途廣泛，是電力系統(tǒng)應(yīng)用最普遍的管道之一。輸水工程一般選用螺旋焊縫與直縫焊接鋼管。鋼管的優(yōu)點是強度高，耐振動、重量較輕、長度大、接頭少和加工接口方便等。缺點是易生銹，不耐腐蝕，因此必須采取防腐措施，如外壁作防腐層，使用壽命可達(dá)25 年。本工程補充水源采用城市再生水，采用焊接鋼管時，需對焊接鋼管進(jìn)行防腐處理。本文將焊接鋼管納入管道的比選。

2.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有鋼管的柔性及鑄鐵管的耐腐蝕性，其強度比鋼管大，延伸率也高出10%，運輸、吊裝性能好，采用柔性接頭，安裝省時省力，其缺點是價格較高，高于焊接鋼管。本文將球墨鑄鐵管不納入比選。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

按生產(chǎn)工藝分成兩種，一種因加工工藝分為三步，通常稱為三階段預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管；另一種方法是一次成型，通常稱為一階段管。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管因加工工藝簡單、造價低，較適合我國的經(jīng)濟狀況而應(yīng)用普遍。預(yù)應(yīng)力混凝土管口徑一般在DN400～3000mm，工作壓力不超過1.2MPa。管子的接口采用承插口，尺寸較準(zhǔn)確，并設(shè)橡膠止水圈（單膠圈或雙膠圈），止水效果好，安裝較方便。該管目前在給水、排水管道中應(yīng)用十分廣泛。本文將其納入管道的比選。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是一種由鋼板、鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm 的鋼筒，在管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的管徑一般為DN400～4000mm，工作壓力不超過2.0MPa。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管同屬混凝土管系列，本工程供水壓力較低（不到0.6MPa），預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管完全能滿足供水要求，而且價格也較預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管低，因此本文未將預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管納入比選。

2.5 玻璃鋼管及夾砂玻璃鋼管

玻璃鋼管主要以玻璃纖維紗作為增強材料和樹脂作為基體制成，考慮到玻璃鋼管質(zhì)量參差不齊，目前已有工程在使用過程中造成了一些管道泄漏事故和經(jīng)濟損失，本文不將其納入比選。

2.6 聚乙烯復(fù)合管

聚乙烯復(fù)合管主要有以下三種：鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）復(fù)合管、鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管及孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復(fù)合管。

與其他兩種復(fù)合管材相比，孔網(wǎng)鋼帶PE 管現(xiàn)在用得相對較少，主要原因是這種管材存在以下幾點問題：（1）鋼帶在沖孔時毛刺無法處理，導(dǎo)致管壁內(nèi)部存在較多缺陷；（2）管件是純塑料的，可能存在不配套的問題；（3）焊接不可靠，很容易泄漏。以下對鋼絲網(wǎng)骨架PE 管和鋼骨架PE 管從生產(chǎn)方式、管材特點、施工方法以及其他一些方面進(jìn)行分析比較[1-3]。

2.6.1 生產(chǎn)方式對比

鋼絲網(wǎng)骨架PE 管：在基礎(chǔ)的PE 芯管上以左右螺旋鋼絲纏繞成網(wǎng)狀骨架，并用高性能改性PE 樹脂將芯管、鋼絲層及外包覆PE層融合為一體。

鋼骨架PE 管：首先將經(jīng)向和緯向的鋼絲焊接成管形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)擠出機與PE 復(fù)合成型。

2.6.2 管材優(yōu)缺點對比

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

優(yōu)點：①管材所有壓力主要作用在彈性模量遠(yuǎn)高于PE 的鋼絲網(wǎng)加強層上（鋼絲的彈性模量是PE 材料的200 倍），管道既有金屬管的強度特點，但又保留了塑料管的柔性特征（曲率半徑大于75）。②交叉鋼絲網(wǎng)，有效克服PE 材料應(yīng)力開裂以及蠕變。③內(nèi)壁不結(jié)垢。

缺點：①改性PE 樹脂膠層耐溫能力不足，管材只能輸送40℃以下的介質(zhì)。②連接需要管件，不宜熱熔對接。

（2）鋼骨架PE 管

優(yōu)點：①復(fù)合材料管道，保持了塑料的柔性，提高了強度。②內(nèi)外壁均為PE 材料，PE 材料耐腐蝕，不易滋生細(xì)菌。③采用管件電熔連接，接口處穩(wěn)定，不易滲漏。

缺點：①只能選擇適合焊接的普通鋼絲，鋼絲強度直徑以及排列數(shù)量受制約。②鋼絲焊接成網(wǎng)狀后，產(chǎn)生應(yīng)力集中，管道容易產(chǎn)生局部受力破壞。

2.6.3 施工對比

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

①采用電熱熔管件和法蘭連接。②柔性管道，有一定的彎曲度，角度小于15°的管道，可以不使用管件，復(fù)雜和起伏地形施工方便，地質(zhì)和環(huán)境適應(yīng)能力強。

（2）鋼骨架PE 管

①采用電熱熔管件連接，與其他材質(zhì)管道或閥門用法蘭連接。②鋼骨架復(fù)合管所用管件生產(chǎn)廠家少，配套難度大。

2.6.4 其他特點

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

①內(nèi)壁光滑，摩阻系數(shù)0.009，流通能力大。②鋼絲拉伸強度達(dá)到1800MPa，管材負(fù)荷強度優(yōu)勢顯著。③管壁薄，用材少、價格低、高壓力等級尤其顯著。

（2）鋼骨架PE 管

①由于鋼絲直徑較粗，管壁需要保持一定厚度，小口徑管道壁厚，比實壁管減少不明顯。②采用普通鋼絲拉伸強度400MPa，復(fù)合優(yōu)勢不突出。

從以上幾點來看，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管與鋼骨架PE 管各有千秋，但從性價比來看，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管更優(yōu)，因此將鋼絲網(wǎng)骨架PE 管納入本次管道的比選。

3 廠外供水管道經(jīng)濟比較

3.1 參與比選的管道管材及規(guī)格

根據(jù)輸送壓力及管道應(yīng)用情況，廠外再生水輸送管道選取了對焊接鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和鋼絲網(wǎng)骨架PE 管進(jìn)行比較，參與比較的管道規(guī)格如下：

焊接鋼管（四種）：Φ426×6，Φ478×6，Φ529×7，Φ630×8

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（四種）：DN400，DN500，DN600，DN700

鋼絲網(wǎng)骨架PE 管（四種）：

DN400×12.5，DN450×11.5，DN500×12.5，DN560×17

3.2 計算方法及數(shù)據(jù)取值

（1）鋼管主材費用按定額取費，其他管材價格向一些有代表性的生產(chǎn)廠家詢價取得。

（2）管道的沿程水頭損失采用舍維列夫公式計算，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算。

（4）因廠外電源采用城市電源，電費按工業(yè)用電取值，為0.6125元/kWh。

3.3 經(jīng)濟比較結(jié)果

該電廠廠外補充水管道綜合性能及經(jīng)濟性比較見表1。

從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，采用DN500×12.5 鋼絲網(wǎng)骨架PE 管年總費用最小。對于直徑500mm 左右的鋼管、預(yù)應(yīng)力混凝土管和鋼絲網(wǎng)骨架PE 管來說，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管管材價格、施工費用（含安裝費和土建費）優(yōu)勢明顯，其水頭損失也最小，綜合優(yōu)勢較明顯，因此推薦采用DN500×12.5 鋼絲網(wǎng)骨架PE 管，管道壓力0.8MPa，管道流速1.136m/s[4-5]。

表1 綜合性能及經(jīng)濟性比較

4 結(jié)束語

本文以經(jīng)濟合理、系統(tǒng)設(shè)置保證電廠安全穩(wěn)定運行為前提，著眼于提高系統(tǒng)長期運行的經(jīng)濟性，不片面追求低造價，結(jié)合以上原則優(yōu)化的廠外供水系統(tǒng)主要配置為：該電廠補充水污水處理廠采用DN500×12.5鋼絲網(wǎng)骨架PE 管（0.8MPa）地埋敷設(shè)，年總費用可節(jié)省約40 萬元。