玻璃鋼管在火電廠海底取排水工程的應(yīng)用

周正一

(中國華電工程(集團)有限公司，北京 100160)

0 引言

纖維纏繞玻璃鋼管道是采用微機控制纖維纏繞技術(shù)，將浸潤好樹脂基體的玻璃纖維按螺旋纏繞和環(huán)向纏繞的方式逐層纏繞在旋轉(zhuǎn)的芯模上，固化、脫模成型的非金屬管材。管壁結(jié)構(gòu)先進(jìn)、合理，在滿足使用強度的前提下，能充分發(fā)揮其復(fù)合材料的特性。玻璃鋼管道以其輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、不結(jié)垢、安裝方便、維護費用低、使用壽命長等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、給排水等行業(yè)。受各種因素的限制，國內(nèi)火電廠工程中海底循環(huán)水取排水管極少選用玻璃鋼管道。

1 項目概況

柬埔寨某2×60 MW燃煤電廠工程是華電工程(集團)有限公司在柬埔寨承擔(dān)的第1個設(shè)計采購施工(EPC)總承包項目。該項目海底部分取水管總長為637 m，管道接泵房處中心標(biāo)高為-4.75 m，管道接進(jìn)水塔處中心標(biāo)高為-8.05 m，接泵房穿護岸處埋深為9.75 m；海底排水管總長711 m，接岸處中心標(biāo)高為-1.17 m，海側(cè)排放處中心標(biāo)高為-4.1 m，排水管接岸穿護岸處埋深為5.4 m。

根據(jù)EPC合同要求，海底取排水管道必須是混凝土箱涵或鋼管。對玻璃鋼管道與混凝土箱涵的綜合性能、價格、安裝方式等進(jìn)行對比后， 說服業(yè)主采用玻璃鋼管作為該項目的取排水管材。

2 玻璃鋼管與混凝土箱涵的優(yōu)缺點比較

取排水管口徑較大，水下作業(yè)時要求管道具有非常好的耐海水能力，一定的耐內(nèi)壓、耐外壓能力，連接方式簡單、可靠，吊裝、安裝方便，使用壽命較長。

海底埋設(shè)輸送海水的管道通常為鋼管或混凝土箱涵。使用鋼管時，需要對鋼管進(jìn)行內(nèi)外防腐，采取陰極保護，并定期維修。由于管線埋設(shè)在海底，使用過程中無法進(jìn)行維修，因此一旦出現(xiàn)防腐層脫落的情況，鋼管的使用壽命無法保證?；炷料浜赘街Ｉ铮绊戄斔?，且由于混凝土箱涵的斷面尺寸大、長度短，清理礁石和施工的費用非常大。玻璃鋼管與混凝土箱涵的性能對比見表1。

表1 玻璃鋼管與混凝土箱涵的性能對比

3 玻璃鋼管與混凝土箱涵的經(jīng)濟性能對比

玻璃鋼管道與混凝土箱涵的綜合價格分析見表2。取水管輸水流量為26 730 m3/h，長637 m；排水管輸水流量為26 730 m3/h，長711 m。

表2 玻璃鋼管道與混凝土箱涵的綜合價格分析

(1)混凝土箱涵采用預(yù)制管，C40防水混凝土，抗?jié)B等級P6。

(2)玻璃鋼管采用帶鎖緊的承插式雙“O”型密封圈+哈夫接頭連接方式。

(3)取水頭和擴散口采用箱式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，鋼護筒、鋼聯(lián)撐和錨鏈表面采用重防腐涂料進(jìn)行防腐。

(4)所有的挖方和填方已考慮超深和超寬，玻璃鋼管回填層上部采用拋石護面。

(5)費用中考慮了出口退稅。

4 玻璃鋼管道施工方案

該項目取排水工程分別在卸煤碼頭的兩側(cè)，其中取水管線長637 m，海域末點處設(shè)置一個箱式取水口，采用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式；排水管線長711 m，靠海域末點處設(shè)置一個箱式排水口，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)。取排水管線分別為?2 000 mm和?1 800 mm的玻璃鋼管，每節(jié)長12 m，管道采用帶鎖緊的承插式雙“O”型密封圈或卡箍式哈夫接頭連接。

海底玻璃鋼管的敷設(shè)方法主要有吊沉管法、鋪管船鋪設(shè)法、圍堰法、頂管法和滑道法。該項目主要采用吊沉管法，為了方便吊裝，岸上只組裝2節(jié)玻璃鋼管，沉入水下再進(jìn)行連接，但是在與循環(huán)水泵房的對接處采用了圍堰法。

4.1 基礎(chǔ)碎石墊層的施工

挖掘好的管溝經(jīng)修整檢驗合格后進(jìn)行溝底碎石墊層的施工，碎石墊層厚度為0.5 m。拋碎石的方式是用廣口布袋吊放或用滑筒槽灑放。拋碎石一段距離后由潛水員查看并進(jìn)行平整。平整的方法為：用2根8 m長的槽鋼沿基槽底部兩邊平行排放，2根槽鋼間距為(管外徑+1.5 m)，用一根長度大于槽鋼間距的橫擔(dān)在縱向排放滑道上平滑，進(jìn)行檢測、整平。橫擔(dān)的底面離溝底的距離為0.5 m，將多余的碎石劃至滑道的外側(cè)，凹坑部位再用廣口布袋吊放碎石補平。

4.2 管段的拼接、吊運、下沉就位

管段拼裝在陸地上進(jìn)行，拼裝完成后，直接用浮吊船將管段吊至指定位置，進(jìn)行下沉、安裝。吊運最好在風(fēng)浪較小、潮位高的情況下進(jìn)行，并配備2艘小艇(交通船)左右接應(yīng)，確保作業(yè)安全。

(1)管道陸上拼接。管道拼接選擇在海岸上進(jìn)行，取?2 000 mm的玻璃鋼管，單節(jié)長12 m，組接長度初步定為24 m，2節(jié)鋼管組成1個管段。由于采用承插式組接方式，按通用的連接規(guī)則作業(yè)即可。管子組接好后，檢驗結(jié)合處的密封防漏性能，合格后將兩端清洗干凈，涂上潤滑油，再將密封橡膠圈套在插口的凹槽中。

(2)吊運。拼裝好的管段用浮吊船吊運至指定位置，進(jìn)行下沉、安裝。

(3)水下安裝。管段下沉后，開始進(jìn)行管段的安裝連接工作。由于管段之間用哈夫接頭連接，所以將2個管段放置在哈夫接頭的下半圓上。管段與已安裝的管線在同一軸線上，接口的角度偏差不得大于3°，然后將哈夫接頭的上半圓扣置在2個管段上，將螺栓擰緊，完成2個管段的連接。

4.3 回填保護

海底管溝的回填分4部分：袋裝砂回填、碎石回填、塊石墊層和護面塊石回填。袋裝砂回填即在管道就位并連接好之后，用袋裝砂緊貼覆蓋管道以保護管道使其免遭破壞；碎石回填是袋裝砂覆蓋管道之后，用廣口布袋吊放或用滑筒槽灑放碎石，覆蓋袋裝砂；塊石墊層回填是在碎石之上放置體積稍大的塊石，要確保拋填、整平到位，符合設(shè)計要求；最后進(jìn)行護面塊石回填，將大體積的護面塊石置于塊石之上，作為最后一層覆蓋層?；靥顢嗝鎴D如圖1所示。

圖1 回填斷面圖

5 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點

在濱?；鹆Πl(fā)電廠直流冷卻水取水工程中，常規(guī)做法是用預(yù)制混凝土管涵或鋼管作為取水管道?；炷凉芎嬖谧灾卮蟆⒌跹b難度高的問題，需要大型吊裝船和專用的施工碼頭，且對?；幚淼囊筝^高，工程造價非常高；鋼管雖然避免了上述問題，但鋼管在海水中的抗腐蝕性能差，其防腐費用和運行維護費用很高。此次研究成果證明，玻璃鋼管既可避免由于自重大、吊裝難度高導(dǎo)致施工難度大的問題，也避免了鋼管由于防腐導(dǎo)致工程成本和運行維護費用高的問題；同時，玻璃鋼管施工簡單，可極大縮短項目工期，從而有效保證發(fā)電廠項目取水工程的順利實施，具有非常好的推廣價值。

玻璃鋼管作為海底取排水管道，關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點有以下幾點。

(1)解決海底暗流對管道系統(tǒng)的影響。由于玻璃鋼管自重小，承受海底暗流的沖擊能力較差，因此該項目采用將玻璃鋼管埋設(shè)在海床面以下的槽道內(nèi)并在管道周圍回填碎石，上覆大塊石壓穩(wěn)，并使壓穩(wěn)護面層頂高程與原始海床面平齊的辦法，以消除海底暗流對管道的沖擊影響。管道周邊所覆的碎石和塊石的工程量遠(yuǎn)小于混凝土管涵方案。

(2)解決內(nèi)部水流在轉(zhuǎn)彎處對管道穩(wěn)定性的影響。由于玻璃鋼管自重小，在管道轉(zhuǎn)彎處管內(nèi)流動介質(zhì)會對管道產(chǎn)生較大的沖擊力，對管道的穩(wěn)固不利。如果在管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)置體量較大的混凝土鎮(zhèn)墩，不僅工程量大，還會導(dǎo)致管道系統(tǒng)不均勻沉降造成管道拉裂。該項目在施工過程中特別考慮到此問題，將距海岸線100 m以外的管道全部設(shè)計為直線或緩坡形態(tài)(坡度小于3%)，將所有的轉(zhuǎn)彎均設(shè)置在近岸100 m以內(nèi)，以方便鎮(zhèn)墩的布置。利用近岸區(qū)域基巖面較淺的地質(zhì)優(yōu)勢，有效解決了不均勻沉降的問題。

(3)解決施工安裝難題。施工時計劃采取的方案是：4節(jié)玻璃鋼管(長約12 m)為1組，在岸上用帶鎖緊的承插式雙“O”型密封圈連接組裝好，用駁船吊運到海上，定位沉入海底，每2組間用卡箍式哈夫接頭和不銹鋼螺栓連接。但由于現(xiàn)場海平面風(fēng)浪較大，可供施工的時間較短，所以將原來的浮拖沉管法改為吊沉管法，為方便駁船吊裝運輸，實際施工中每2節(jié)為1小組在岸上組裝，2小組之間在水下用承插接頭連接為1組，每2組間仍用哈夫接頭連接，實際施工也比較順利。

玻璃鋼管易燃、抗壓強度低，容易被外力破壞，需要特別保護，所以在現(xiàn)場施工過程中加強了安全管理，有效降低了安全隱患。

(4)解決海底地形及地質(zhì)條件對管道系統(tǒng)的影響。為了消除海底地形及地質(zhì)條件對管道系統(tǒng)的影響，保護頂部低于海床面500 mm的管段不被塊石損壞，在開挖基槽內(nèi)放入袋裝砂覆蓋管道，再在袋裝砂上覆蓋塊石進(jìn)行保護。

(5)解決標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險。由于該合同要求全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)，所以產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢驗及測試均按國際標(biāo)準(zhǔn)完成，更易被海外客戶所接受。該工程所采用標(biāo)準(zhǔn)包括：ASTM D3299—2000 《玻璃強化纖維樹脂纏繞熱固性防腐標(biāo)準(zhǔn)》，ASTM D3839—2002 《玻璃強化纖維熱固性樹脂管道地下安裝標(biāo)準(zhǔn)》，AWWA C950—2007 《玻璃纖維壓力管道標(biāo)準(zhǔn)》，AWWA M45—2005 《玻璃纖維管道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》。

6 結(jié)束語

火電廠海底取排水管線采用玻璃鋼管道是有很多前提條件的，玻璃鋼管道不可能完全取代鋼管或混凝土箱涵，與海底的穩(wěn)定情況、洋流和波浪狀況、附近航道走向、排水管徑和項目周圍的施工條件等息息相關(guān)。是否可以應(yīng)用和是否有明顯優(yōu)勢必須認(rèn)真研究，要規(guī)避玻璃鋼管機械受力差、運輸費用高、自重小易浮管的缺點，選擇合適的敷設(shè)方式和施工方案。