張曉鳳 劉琳 朱萍萍 尹利軍
【摘要】通過(guò)具體的工程,分析溫泉對(duì)輸送管道的特殊要求,從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)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(fù)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(yùn)行表明,該保溫管道運(yùn)行良好,保溫效果能夠達(dá)到溫度降低值小于0.63℃/km要求。
【關(guān)鍵詞】溫泉水;保溫管道;鋼骨架復(fù)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(qū)或者郊區(qū),加上溫泉水特殊的物理化學(xué)性質(zhì),輸送管材的選擇成為亟須注重的問(wèn)題。管材的選擇不當(dāng),則會(huì)產(chǎn)生腐蝕、爆管等問(wèn)題,保溫材料選擇不當(dāng),則輸送過(guò)程中的熱量擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致溫泉水失去原有的溫?zé)崽匦浴?/p>
本文通過(guò)具體的工程實(shí)例及運(yùn)行狀況,介紹溫泉水輸送管道的設(shè)計(jì),供其他工程參考。
1、項(xiàng)目概況
海南省某旅游度假區(qū)地?zé)釡厝畠?chǔ)藏量較為豐富,是海南開(kāi)發(fā)利用得最早最具規(guī)模的溫泉。根據(jù)地礦局勘查及勘探報(bào)告,可開(kāi)采量A+B+C級(jí)共計(jì)約7700m3/d。根據(jù)熱礦水勘探報(bào)告及環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告,該處溫泉水的一處巖漿巖斷裂構(gòu)造帶內(nèi)的深循環(huán)裂隙水,水溫大于40℃的熱儲(chǔ)范圍約2Km2,其間10個(gè)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?zé)峒?jí)優(yōu)質(zhì)醫(yī)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(gè)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(jí)醫(yī)療礦泉水。
本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為3800m3/d,管徑DN200~250,全程管長(zhǎng)7.938km,管道起點(diǎn)的溫泉水接口點(diǎn)平均水溫約為50℃,規(guī)范中對(duì)衛(wèi)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(diǎn)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(zhì)過(guò)程中,應(yīng)考慮封閉性能高、管道的內(nèi)壁既要耐腐蝕性強(qiáng),又不會(huì)向水中析出有害物質(zhì)、水力條件好、工程投資省等原則。同時(shí),溫泉水輸送管與常規(guī)的給水輸送管材相比,應(yīng)具有抗壓強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性高,不易腐蝕的材料熱傳導(dǎo)系數(shù)低、內(nèi)壁應(yīng)光滑不易附著水垢、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)。
2.2管材優(yōu)缺點(diǎn)概述
目前國(guó)內(nèi)較常用供水管道的材質(zhì)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(qiáng)復(fù)合塑料管。其各自優(yōu)缺點(diǎn)如下:
2.2.1鋼管(SP)
其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高,承壓能力強(qiáng),耐震動(dòng),方便施工,適應(yīng)性強(qiáng),多用于地質(zhì)、地形條件復(fù)雜狀況,一般時(shí),多采用鋼管。缺點(diǎn)是價(jià)格較高,易結(jié)垢,須做好內(nèi)外防腐。
2.2.2離心球球墨鑄鐵管(DIP)
優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的機(jī)械性能,承壓能力強(qiáng),密封性能好,供水安全性高;一般在生產(chǎn)過(guò)程中已進(jìn)行防腐處理,無(wú)需另做防腐;且一般球墨鑄鐵管價(jià)格較鋼管低。其缺點(diǎn)是管材重量較大,DN400以下管件價(jià)格偏高。
2.2.3玻璃鋼管(GRP)
玻璃鋼管的主要優(yōu)點(diǎn)為重量輕、耐腐蝕、安裝方便、維護(hù)費(fèi)用低,其管內(nèi)水力條件好,且清潔無(wú)毒。缺點(diǎn)是該管材存在易老化、配套管件少且加工不便,對(duì)基礎(chǔ)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(nèi)壁光滑,水力條件好,耐腐性能好,質(zhì)輕方便加工,價(jià)格低,缺點(diǎn)是管材強(qiáng)度低、質(zhì)脆、抗沖擊性能低,耐熱性差,熱脹系數(shù)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(fù)合塑料管
鋼骨架復(fù)合塑料管既有金屬管材機(jī)械性能高、承壓力強(qiáng)、耐高溫等特點(diǎn),又有非金屬管材內(nèi)壁光滑、耐腐蝕、水力條件好等特點(diǎn),且戶外施工方便,其管道壽命可達(dá)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(fù)合塑料管較之于單純塑料管道抗壓性能出眾,爆管發(fā)生可能性大為降低。相較于金屬管具有保溫性能優(yōu)良的特點(diǎn),用作基材的高密度聚乙烯導(dǎo)熱系數(shù)為0.48W/m2k,鋼管導(dǎo)熱系數(shù)為46.06W/m2k,僅約為鋼管導(dǎo)熱系數(shù)的1%。
鋼骨架塑料復(fù)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(yùn)行費(fèi)用低,且耐溫性能好、熱傳導(dǎo)數(shù)低、熱膨脹系數(shù)小、安裝便捷、抗腐蝕性強(qiáng),綜合考慮管材性價(jià)比,具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。本工程溫泉水輸送管選擇鋼骨架塑料復(fù)合管。
3、管道保溫設(shè)計(jì)
為保證溫泉水用戶點(diǎn)的溫度需求,必須對(duì)輸送管道進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)。管道的保溫一般由保溫層和保護(hù)層兩部分構(gòu)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(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料,在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下,通過(guò)專用設(shè)備混合,經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場(chǎng)發(fā)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(dǎo)熱系數(shù)低(0.022~0.033W/(m*Κ)),保溫隔熱效果好的優(yōu)點(diǎn),在供熱工程中也有廣泛的應(yīng)用。
本工程采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫作為保溫層。
3.2外保護(hù)層的確定
適合于埋敷設(shè)的管道外保護(hù)層有鋼管和塑料管兩種。鋼管較塑料管機(jī)械強(qiáng)度高,但是價(jià)格貴,且需要進(jìn)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(hù)層,在淺埋過(guò)公路段采用鋼管做外保護(hù)層。
3.3管道設(shè)計(jì)
本工程溫泉水輸水管道采用鋼骨架復(fù)合塑料管+聚氨酯保溫層+高密度聚乙烯套管,管道斷面見(jiàn)圖1。管道全線直埋敷設(shè),由于現(xiàn)場(chǎng)保溫很難保證厚度均勻,供水管道及其附件應(yīng)在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前就做好預(yù)制保溫,將工作管套入外保護(hù)管,然后在兩管之間注入聚氨脂硬質(zhì)泡沫塑料(保溫層)。管子接口處現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡保溫。
為保證最不利點(diǎn)溫度,應(yīng)控制單位溫降不大于0.63℃/km。以此基礎(chǔ)計(jì)算管道熱損失應(yīng)控制在小于462kW。
經(jīng)計(jì)算,管道保溫層厚度及保護(hù)層外徑見(jiàn)表1。
結(jié)論:
本工程溫泉水輸送管道全線直埋敷設(shè),采用鋼骨架復(fù)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(diǎn)溫度達(dá)到45℃以上,滿足設(shè)計(jì)及使用要求,管道運(yùn)行8年以來(lái)無(wú)任何事故,對(duì)以后的類似工程提供了借鑒意義。
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[4]趙欽銘.溫泉輸送管道選擇對(duì)比分析[C].//福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)能源與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展研討會(huì)論文集
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作者簡(jiǎn)介:
張曉鳳(1986.10-),重慶人,本科,工程師,從事工作:給排水設(shè)計(jì)。