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      簡議長距離輸水管道工程管材綜合比選

      2021-04-08 08:37:16宋雙雙
      建筑與裝飾 2021年6期
      關鍵詞:鋼筒糙率水頭

      宋雙雙

      安徽省城建設計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

      引言

      某工程的正向輸水采用6.1m3/s的自流方式,向新建調節(jié)池輸送,再通過新機場連接線管道向新機場水廠輸送;反向輸水采用4.0m3/s泵站加壓方式,0.5MPa的工作壓力,即當干渠出現故障,或日常檢修時,可通過泵站加壓方式供應應急保障水。該工程由以上兩種輸水方式構成9種不同工況。

      1 管道與管徑

      輸水干管按《室外給水設計規(guī)范》(GB50013—2006)看,至少要2條,當具備安全供水設備時,僅設1條也可。因其運水距離較長,2條管道所需成本較大,最終選擇單管方案供水,因此要求管道具有更高的輸水保證率。其總水頭損失如下:

      這里的hz就是管道總水頭損失;水頭的沿程損失用hf表示;水頭的局部損失則以hj表示。Hf 按達西公式計算:

      這里的λ 是水頭局部損失的系數。在常供水條件下,按低運行水位進行工況設計時,可將水頭設定為16.82m,在將輸水流量Q設定為6.1m3/s時,輸水管道水頭損失總量正比于管道粗糙程度,反比于管道直徑,并在管道末端出口處考慮設置約1.0m的水頭富余量,故水頭最大損失量在15.82m以下,要求水頭損失不可過小,否則末端水頭剩余值過大,會浪費能量,讓工程成本加大,故應為管道選擇糙率與直徑的最佳匹配。經分析將輸水管道確定為糙率0.011~0.012、直徑2.40m的工程管材[1]。

      2 管材比選

      輸水管對管材有著較高的要求,按以往工程經驗,依據國內管材現階段生產、運用的具體情況,對涂塑復合鋼管、普通鋼管、預應力鋼筒混凝土管、球墨鑄鐵管做比選。

      (1)涂塑復合鋼管。涂塑復合鋼管需要在鋼管內表面通過熔融方式涂敷防腐層,再以塑料層或其他材料涂敷其外表面作為防腐層,屬于我國新發(fā)展的一種可用作管道材料的復合鋼塑產品。它具備鋼管易連接、耐火、耐水沖、強度高與塑料不易腐蝕、不結垢的優(yōu)點。但涂塑復合鋼管的焊口及其防腐均要求在現場完成,而且必須用熱縮套,需要考慮天氣,質量不受控。

      (2)普通鋼管。大口徑埋地管現階段運用最廣的管材就是普通鋼管,我國所用鋼管直徑最大為4000mm,焊管可采用螺旋縫埋弧焊,也可采用直縫埋弧焊,其內部承壓性極好。其技術成熟,施工方便,可銜接多種管材,地形復雜時,還可頂管施工。但因其易變形、剛度小、并耐腐蝕,須做除銹、防腐處理,成本高,且焊口及其防腐均需在現場完成,焊接施工時工作量大,施工質量不受控。

      (3)預應力鋼筒混凝土管。預應力鋼筒混凝土管兼具混凝土抗壓、耐腐與鋼材抗拉、抗?jié)B優(yōu)點,其簡稱為PCCP,PCCP用的鋼筒是經水壓檢驗的,承壓能力強;承插接頭密封性強,安裝方便、快捷;耐腐、抗震,適應各種土層;內壁光滑,輸水性好,不會污染水質;在抗?jié)B要求得以滿足的前提下,PCCP的單位造價較低。但因需要將多種材料組合到一起,其制造工序多,質控難度大;預應力鋼絲在管內水壓過高時易斷絲,難以維護。

      (4)球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管強度高、延伸率高、硬度低、成本低、性能可靠、耐腐、使用壽命長,且擁有豐富的原料資源,因其可再生利用,不會破壞環(huán)境,在供水、輸氣系統(tǒng)中被廣泛應用。球墨鑄鐵管的柔性接口密封好、結構簡單,支持基礎變形,具抗震性,可支持管線的長距離轉向。按球墨鑄鐵管壁厚級別K,可分為K8級、K9級、K10級、K12級。其外壁防腐可噴鋅或涂瀝青,內壁防腐則通過襯水泥砂漿實現。將工廠生產的管材、運至現場安裝,可提高效率,縮短工期,唯一缺點是價格不低。直頂鋼管:管材自重小,摩擦阻力小,承受阻力小,管材剛性低,頂進長度較長,外防腐特殊防腐,覆土要求較高,施工工期較長,工程應用多,延米造價低。直頂球墨鑄鐵管:管材自重較大,摩擦阻力較大,承受阻力較大,管材剛性較高,頂進長度長,外防腐不需要,覆土要求低,施工工期短,工程應用較多,延米造價高。直頂PCCP:管材自重大,摩擦阻力大,承受阻力大,管材剛性高,頂進長度長,外防腐不需要,覆土要求低,施工工期短,工程應用較多,延米造價高。

      (5)經濟指標。對滿足要求的管道作經濟指標對比,單價可綜合詢價與市場報價來確定。明挖法中,在管徑相同時,PCCP價格最低,鋼管與涂塑復合鋼管次之,球墨鑄鐵管最高;非挖頂管法中,在管徑相同時,也是球墨鑄鐵管價格最高,PCCP次之,鋼管最低。

      3 管材、參數確定

      (1)管材。明挖鋪設管材的直徑在1600mm~2600mm之間時,PCCP承壓好,價格有優(yōu)勢,不過工藝復雜,質量不受控;涂塑復合鋼管同樣有價格優(yōu)勢,更有防腐、糙率和壽命優(yōu)勢,且不易結垢;球墨鑄鐵管只是價稍高些。

      因該供水工程要求保證率高、質量高、管線長、工期緊,既有自流也有泵站加壓,且選擇的是單管方案,最終選擇Φ 2400mm的球墨鑄鐵管,價格雖高,但耐久性好、抗壓性強,安裝方便,壽命長,明挖、頂管均可,且運管費較低。

      (2)防腐性能。Φ 2400mm的球墨鑄鐵管以12mm厚水泥砂漿內襯做防腐,因內襯糙率較大,易污染水質,內防腐需加以改進,在內襯表面噴涂無毒的水性環(huán)氧密封層,水質可達飲水級標準。內襯改進后即可防腐,又能保證水質。該環(huán)氧密封層取其糙率為0.012。管外以鋅+瀝青防腐。鋅層至少200g/m2,輔以瀝青層,70μm厚填料不影響涂層耐腐性。

      (3)接口形式。球墨鑄鐵管可采用滑入式、機械式、法蘭式等接口,本次用的是T形滑入接口及K2型機械接口。K2型機械接口不需挖開管道,可在管道內直接更換橡膠圈,讓后期運管變得簡單。

      4 結束語

      按工程工期、特點、技術可行性,結合經濟指標,經過綜合考慮后,將工程管材選擇為K10級球墨鑄鐵管1-DN2400。并通過1km試驗段進行驗證,在外部載荷等考驗下良好運行至今,證明該設計完全可行。

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