某發電廠廠外補充水管道方案比較分析

吳迷芳 趙 蘇

（1.中國電建集團華中電力設計研究院有限公司，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、管材和相應的經濟管徑的確定是輸水系統的主導因素，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2×30MW 背壓供熱機組+1×350MW 超臨界供熱燃煤發電機組，電廠補充水源采用該地區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行了論證比較，結合管道運行經驗及本工程的供水距離、供水壓力等對各種可用管材進行了初選；（2）根據經驗公式初擬各種管材的管徑，然后以此管徑為基礎，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行技術經濟比較。

1.3 輸水系統管道的經濟比較方法

經濟比較方法采用“年費用最小法”，即將投資按計算出的年固定費用率分攤至每一年中，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。根據循環水系統優化，本次經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工程的規模，管道的工作壓力，輸水距離的長短，工程的進度與重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地質情況，當地管材的生產狀況，應用管材的習慣等進行技術、經濟、安全論證，綜合比較后確定。

根據設計電廠長距離輸水工程的經驗，特別是這幾年我國引進大量的新型管材和新的生產工藝，管材的優化尤為重要。目前長距離輸水工程大都在鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筋混凝土管與預應力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、聚乙烯（PE）管及其復合管等方面選擇，以下結合本工程特點分別就各種管材進行論述。

2.1 焊接鋼管

焊接鋼管用途廣泛，是電力系統應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 預應力鋼筋混凝土管

按生產工藝分成兩種，一種因加工工藝分為三步，通常稱為三階段預應力鋼筋混凝土管；另一種方法是一次成型，通常稱為一階段管。預應力鋼筋混凝土管因加工工藝簡單、造價低，較適合我國的經濟狀況而應用普遍。預應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，尺寸較準確，并設橡膠止水圈（單膠圈或雙膠圈），止水效果好，安裝較方便。該管目前在給水、排水管道中應用十分廣泛。本文將其納入管道的比選。

2.4 預應力鋼筒混凝土管

預應力鋼筒混凝土管是一種由鋼板、鋼絲和混凝土構成的復合管材，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm 的鋼筒，在管芯上纏繞環向預應力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層。

預應力鋼筒混凝土管的管徑一般為DN400～4000mm，工作壓力不超過2.0MPa。預應力鋼筒混凝土管與預應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），預應力鋼筋混凝土管完全能滿足供水要求，而且價格也較預應力鋼筒混凝土管低，因此本文未將預應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濟損失，本文不將其納入比選。

2.6 聚乙烯復合管

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

與其他兩種復合管材相比，孔網鋼帶PE 管現在用得相對較少，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，導致管壁內部存在較多缺陷；（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。以下對鋼絲網骨架PE 管和鋼骨架PE 管從生產方式、管材特點、施工方法以及其他一些方面進行分析比較[1-3]。

2.6.1 生產方式對比

鋼絲網骨架PE 管：在基礎的PE 芯管上以左右螺旋鋼絲纏繞成網狀骨架，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：首先將經向和緯向的鋼絲焊接成管形網狀結構，然后經擠出機與PE 復合成型。

2.6.2 管材優缺點對比

（1）鋼絲網骨架PE 管

優點：①管材所有壓力主要作用在彈性模量遠高于PE 的鋼絲網加強層上（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，有效克服PE 材料應力開裂以及蠕變。③內壁不結垢。

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。②連接需要管件，不宜熱熔對接。

（2）鋼骨架PE 管

優點：①復合材料管道，保持了塑料的柔性，提高了強度。②內外壁均為PE 材料，PE 材料耐腐蝕，不易滋生細菌。③采用管件電熔連接，接口處穩定，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量受制約。②鋼絲焊接成網狀后，產生應力集中，管道容易產生局部受力破壞。

2.6.3 施工對比

（1）鋼絲網骨架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，復雜和起伏地形施工方便，地質和環境適應能力強。

（2）鋼骨架PE 管

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

2.6.4 其他特點

（1）鋼絲網骨架PE 管

①內壁光滑，摩阻系數0.009，流通能力大。②鋼絲拉伸強度達到1800MPa，管材負荷強度優勢顯著。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，復合優勢不突出。

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

3 廠外供水管道經濟比較

3.1 參與比選的管道管材及規格

根據輸送壓力及管道應用情況，廠外再生水輸送管道選取了對焊接鋼管、預應力鋼筋混凝土管和鋼絲網骨架PE 管進行比較，參與比較的管道規格如下：

焊接鋼管（四種）：Φ426×6，Φ478×6，Φ529×7，Φ630×8

預應力鋼筋混凝土管（四種）：DN400，DN500，DN600，DN700

鋼絲網骨架PE 管（四種）：

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

3.2 計算方法及數據取值

（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，電費按工業用電取值，為0.6125元/kWh。

3.3 經濟比較結果

該電廠廠外補充水管道綜合性能及經濟性比較見表1。

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

表1 綜合性能及經濟性比較

4 結束語

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