論長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

商海波

【摘要】隨著水利部全面解決農(nóng)村飲水安全問(wèn)題目標(biāo)的提出以及各地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)建設(shè)速度迅速加快，人民生活水平也隨之相應(yīng)提高，城市工業(yè)和生活用水量急劇增加，城市用水的緊張狀況日益嚴(yán)重。故不少城市、工礦企業(yè)及農(nóng)村飲水不得不到數(shù)十公里甚至數(shù)百公里以外尋找能滿足水量、水質(zhì)要求的新水源，因而長(zhǎng)距離輸水工程也逐漸增多。

【關(guān)鍵詞】長(zhǎng)距離；輸水管道

一、長(zhǎng)距離輸水管道管材的選擇

常用的輸水管道有鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、聚乙烯塑料管（PVC-U）、超高分子量聚乙烯管等，就上述管材選擇說(shuō)明比較如下。

1、鋼管。

鋼管應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，范圍廣，是一種傳統(tǒng)的輸水管材。管一般選用螺旋焊接與直縫焊接管，具有強(qiáng)度高、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但耐腐蝕性差，使用壽命一般不超過(guò)25年。為延長(zhǎng)鋼管壽命，需對(duì)其進(jìn)行防腐處理和保護(hù)，其方法可采用涂料加犧牲陽(yáng)極的復(fù)合防腐措施。鋼管內(nèi)、外防腐采用國(guó)家衛(wèi)生部許可的GZ-2新型高分子防腐涂料，內(nèi)壁防腐級(jí)別為普通級(jí)，采用二底二面，漆膜干膜厚80～100μm；外壁防腐級(jí)別為重加強(qiáng)級(jí)，采用二布四油，漆膜干膜厚280～300μm；犧牲陽(yáng)極保護(hù)塊間隔一定距離通過(guò)電纜與鋼管連接，加強(qiáng)鋼管的抗腐蝕能力。通過(guò)涂料加犧牲陽(yáng)極的復(fù)合防腐措施，可使鋼管壽命達(dá)50年，但施工復(fù)雜，工期長(zhǎng)，造價(jià)較高。

2、球墨鑄鐵管。

球墨鑄鐵管是上世紀(jì)九十年代廣泛應(yīng)用的輸水管材，具有強(qiáng)度高、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點(diǎn)，內(nèi)壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，采用柔性T型接口，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，止水效果好，是一種較理想的輸水管材。

3、預(yù)應(yīng)力混凝土管。

預(yù)應(yīng)力混凝土管按其生產(chǎn)工藝分兩種，一種是一階段管即一次成型；一種是三階段管。預(yù)應(yīng)力混凝土管因加工工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)最低，但管材生產(chǎn)過(guò)程中存在弊病，如三階段噴漿質(zhì)量不穩(wěn)定，易脫落和起鼓；一階段管在施加予應(yīng)力時(shí)不易控制，造成質(zhì)量不穩(wěn)定、不均一，且因重量大造成運(yùn)輸安裝不方便，使其應(yīng)用受到了限制，該管道為最經(jīng)濟(jì)的管材，可根據(jù)供水重要性適當(dāng)選用。

4、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復(fù)合管。管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲，并在其外部**泥漿保護(hù)層。該管抗?jié)B性能較好，接口采用鋼制承插口，尺寸較準(zhǔn)確，設(shè)橡膠止水圈，止水效果較好。1000mm以上管徑具有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

二、長(zhǎng)距離輸水管道管徑的選擇

（1）長(zhǎng)距離輸水管道投資占輸水工程的絕大比重，管徑增大，管道一次性投資增大，管路阻力減小，可降低電耗量與年運(yùn)行費(fèi)用，相反管徑減小，可降低管道一次性投資，但管路阻力增大，年耗電量及年運(yùn)行費(fèi)增加。因此如何確定一個(gè)合理的管徑，是長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)十分重要的工作。

（2）確定經(jīng)濟(jì)管徑的方法可采用費(fèi)用現(xiàn)值最小法。假設(shè)不同的管徑，計(jì)算出管道的一次性投資，然后根據(jù)供水流量、管長(zhǎng)、管徑、管材計(jì)算凈揚(yáng)程，再由凈揚(yáng)程、流量等計(jì)算裝機(jī)容量，從而計(jì)算年運(yùn)行費(fèi)，按費(fèi)率和年限折現(xiàn)，求出費(fèi)用現(xiàn)值，其中最小費(fèi)用現(xiàn)值對(duì)應(yīng)的管徑即為經(jīng)濟(jì)管徑。

（3）現(xiàn)以下列實(shí)例計(jì)算如下：供水流量500m3/h，全年供水，單根管道，輸水距離分別為5Km、10Km及15Km，進(jìn)出口水頭差及出口壓力值共計(jì)0.15MPa，管材為球墨鑄鐵管，糙率系數(shù)n=0.013，折現(xiàn)率i=6%，折現(xiàn)年限N=30a，折現(xiàn)系數(shù)13.76。

（4）管徑為經(jīng)濟(jì)管徑。通過(guò)上表的計(jì)算分析，不僅可選擇其經(jīng)濟(jì)管徑，并隨輸水距離增長(zhǎng)和管徑減少，費(fèi)用現(xiàn)值增長(zhǎng)較快。因此長(zhǎng)距離輸水管道宜根據(jù)工作壓力選擇較大管徑，減少管路阻力，降低年運(yùn)行費(fèi)，使費(fèi)用現(xiàn)值最小。

三、長(zhǎng)距離輸水管道防護(hù)技術(shù)與安全措施

1、水錘的防護(hù)。水錘是壓力管道系統(tǒng)防護(hù)的重要內(nèi)容，在長(zhǎng)距離輸水管道中，流速變化是經(jīng)常出現(xiàn)的，管道中流速變化時(shí)，致使管道中水的壓力的升高或降低，在壓力低于水的汽化壓力時(shí)，水柱就被拉斷，出現(xiàn)斷流空腔，在空腔處的水流彌合時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動(dòng)水錘、關(guān)閉水錘、停泵水錘。一般啟動(dòng)水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時(shí)才會(huì)加劇水位壓力的變化；關(guān)閉水錘在正常操作時(shí)不會(huì)引起過(guò)大的水錘壓力；但由于突然停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘往往較大，水錘壓力值可達(dá)到工作壓力的1.5～3倍。一般采取技術(shù)工程措施加以防護(hù)，在水泵出口處設(shè)置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

2、排氣閥的設(shè)置。管道初次輸水時(shí)，管道內(nèi)存有空氣，管道運(yùn)行時(shí)，實(shí)際上是水汽兩相流。因此在長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視排氣閥的設(shè)置，其數(shù)量應(yīng)根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況，合理確定管道的縱向布置，一般人為的每隔一定距離布置成一個(gè)高點(diǎn)，在駝峰處布設(shè)排氣閥，防止管道的氣蝕和振動(dòng)，以影響管道輸水及安全。

3、連通管的設(shè)置。長(zhǎng)距離輸水管道按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，一般采用雙管線布置，以滿足檢修需要，檢修時(shí)供水量應(yīng)不少于設(shè)計(jì)供水量的70%，為達(dá)到此目的，應(yīng)在二根主管之間設(shè)置連通管，在每根連通管處的主管上下側(cè)設(shè)置2個(gè)閘閥，共4個(gè)閘閥，以達(dá)到分段檢修目的。連通管的數(shù)量可根據(jù)輸水管線的長(zhǎng)度，在分段檢修情況下滿足設(shè)計(jì)供水量的70%，經(jīng)計(jì)算確定，一般設(shè)置3處連通管。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李煒等?！端τ?jì)算手冊(cè)》（第二版），中國(guó)水利水電出版社，2006.