淺析北方地區自來水管道冬季防凍措施

邢耀輝

（古浪縣水土保持工作站，甘肅 古浪 733100）

1 北方地區自來水管道冬季常見病害及原因分析

1.1 管道凍結與破裂

在北方地區，自來水管道冬季最常見的病害是凍結和隨之而來的破裂。這主要是因為當氣溫下降至冰點以下時，管道內的水分開始結冰，冰的體積膨脹導致內部壓力急劇上升。具體而言，水凍結體積膨脹約9%，這可能使得管道內部壓力從正常的0.4MPa增加至超過3.0MPa，遠超許多管道材質的抗壓強度[1]。管道材質的選擇和施工質量也是凍裂風險的關鍵因素，例如，如果采用的管材在低溫下韌性不足，或者管道接頭處施工不嚴密，都會大大增加管道凍裂的可能性。

1.2 管道節點泄漏

北方地區自來水管道在冬季還面臨節點泄漏的問題，這種情況多發生在管道的連接節點，包括彎頭、三通或閥門連接處。溫度急劇變化導致管道材料和連接件產生熱膨脹或收縮，特別是不同材料的膨脹系數差異會在連接節點產生應力，進而影響密封性能，導致泄漏。冬季凍融循環的影響也是導致節點泄漏的重要因素之一，凍融循環會導致管道材料和連接件材料疲勞，從而降低其密封性和結構強度[2]。例如，管道系統中采用的聚乙烯管材，在-20℃的環境下，其材料的彈性可能會顯著下降，導致連接處的密封圈不足以維持良好的密封效果。自來水管道節點的主要泄漏問題如表1所示。

表1 自來水管道節點的主要泄漏問題

1.3 管道材料脆化和裂紋

北方地區冬季自來水管道還可能出現材料脆化和裂紋問題。低溫環境下，管道材料（尤其是金屬和某些類型的塑料管材）的韌性會降低，使得材料更易于脆化，從而在受到外力或內部壓力變化的影響時產生裂紋。管道材料在持續的低溫狀態下，其內部結構可能發生微觀變化，導致材料強度下降[3]。此外，管道的地下安裝深度如果未能達到防凍要求，土壤凍融循環的物理作用力也會對管道造成額外的機械應力，進一步加劇裂紋生成的風險。例如，某型號的PVC管，在連續暴露于-15℃的環境下48小時后，其表面會出現微小裂紋，若管道內部壓力突然改變，這些微小裂紋有可能迅速擴展，導致管道失效。持續低溫下管道材料脆化與裂紋發生風險如表2所示。

表2 持續低溫下管道材料脆化與裂紋發生風險

2 北方地區自來水管道冬季防凍措施

2.1 提高施工與維護的相關標準

在北方地區，冬季自來水管道的有效防凍措施首先需要從提高施工和維護的相關標準入手。為此，必須嚴格按照國家及地方標準選擇合適的管道材料、施工工藝，以及實施維護過程中的檢查與修復標準[4]。例如，管道材料應選用能夠承受極低溫環境沖擊的高密度聚乙烯（HDPE）或耐低溫型聚氯乙烯（PVC-U），這些材料在-40℃的環境下仍能保持一定的柔韌性和抗壓強度，從而減少因低溫導致的管道破裂風險。在施工工藝上，需采用高質量的焊接或連接技術，如電熔焊或承插熱熔技術，確保管道連接處的密封性和抗拉強度，避免因施工不當導致的泄漏問題。此外，施工過程中必須確保管道的正確埋深，按照地區氣候條件調整，一般建議管道埋深應達到凍土層以下至少0.3m，以利用土壤的絕緣效果防止管道凍結。不同管道材料的抗低溫性能如表3所示。

在維護標準方面，建立定期的管網檢查制度至關重要。冬季前應對所有管道進行徹底檢查，重點檢查管道的保溫層完整性、連接部位的密封性能以及閥門等附件的工作狀態，對發現的任何缺陷應立即進行修復[5]。采用先進的檢測技術，如地下管道漏水檢測儀和紅外熱成像技術，可以有效地定位管道漏點和潛在的凍害風險區，從而進行針對性的維護和加固。此外，加強冬季運行期間的巡檢頻率，特別是在極端低溫天氣到來之前，通過增加巡檢力度，及時發現并解決管網運行中的問題，是保障供水安全的重要環節。

2.2 加強冬季自來水管道防凍宣傳

加強冬季自來水管道防凍宣傳對于提升公眾的防凍意識和參與防凍行動至關重要。通過多渠道、多形式的宣傳活動，可以有效地向公眾普及自來水管道冬季防凍的知識和技巧。宣傳內容應包括冬季管道凍結的原理、家庭如何進行簡易的管道保溫措施、在低溫條件下如何正確使用水管以避免凍裂等實用信息。此外，還應提供凍結管道的緊急應對措施和聯系供水企業的快速通道，以便居民在遇到管道凍結問題時能夠迅速得到解決。宣傳活動可以利用傳統媒體如電視、廣播和報紙，結合現代社交媒體平臺，如微博、微信公眾號等，擴大宣傳的覆蓋面和影響力。在社區層面，組織面對面的講座和培訓活動，直接向居民講解管道防凍的方法和技巧，特別是對老年人等不常使用社交媒體的群體，這種直接交流的方式更為有效。此外，發放防凍宣傳冊、掛圖等宣傳材料，讓居民能夠隨時查閱相關信息，也是提高宣傳效果的有效手段。表4展示了防凍宣傳活動在某地的宣傳效果。

2.3 采用先進的防凍技術

為了有效應對北方地區自來水管道在冬季的凍結問題，采用先進的防凍技術成為了必要措施之一。這些技術包括電伴熱系統、地熱加熱以及自控溫度系統等。電伴熱系統通過在管道周圍或內部安裝電熱帶，利用電力加熱保持管道及其內部流體的溫度，有效防止凍結。以一條長度為500米的主管道為例，若選用每米功率為20W的電熱帶，在連續運行24小時的情況下，能夠確保在外界溫度達到-20℃時，管道內部溫度仍能維持在5℃以上，有效避免凍結。地熱加熱技術則是利用地下深處穩定的溫度，通過地熱交換系統提升管道內水的溫度，這種方法尤其適用于有地熱資源的地區。自控溫度系統則通過感溫元件實時監測管道溫度，并根據設定的溫度閾值自動啟停加熱設備，既保證了防凍效果，又實現了能源的節約。這些技術的應用，需要依據具體地理環境、管道材質及經濟成本等因素綜合考慮，制定最合適的防凍方案。綜合運用這些先進技術，能夠顯著提高管道系統的冬季防凍能力，減少因凍結導致的供水中斷及維修成本，保障供水安全和社會經濟的穩定發展。

2.4 提升維修人員的技能水平

提升維修人員的技能水平對于確保北方地區自來水管道冬季防凍措施的有效實施至關重要。維修人員不僅需要掌握傳統的管道維修技能，還需要了解和應用最新的防凍技術和設備,因此，組織針對性的培訓成為必要措施。培訓內容應包括冬季管道凍結的預防措施、各種防凍技術的原理和操作方法、緊急情況下的快速修復技巧以及安全意識的提升等。例如，對于電伴熱系統的維護和故障排除，維修人員需要能夠準確判斷系統故障的類型，掌握替換電熱帶的步驟和方法，以及進行系統參數的調整。此外，維修人員還應學會使用現代檢測設備，如紅外熱成像儀，以快速準確地定位管道的漏點或凍結點。通過這些培訓，維修人員能夠在冬季低溫條件下，迅速、有效地響應各類管道故障，最大限度地減少供水中斷的時間，確保居民生活和工業生產的正常進行。通過不斷提升維修人員的專業技能和應急處理能力，可以有效提高整個供水系統的抗風險能力，為北方地區的供水安全提供堅實的技術支持。

3 結語

本文通過對北方地區自來水管道冬季防凍問題的深入分析，明確了提高施工與維護標準、加強防凍宣傳、采用先進的防凍技術和提升維修人員技能水平的重要性。實踐表明，通過這些綜合措施的實施，可以有效減少冬季供水中斷事件，保障供水安全與穩定。隨著技術的不斷進步和管理經驗的積累，相信北方地區的自來水管道冬季防凍工作將更加科學、高效，為保障公共供水安全提供堅實保障。