某污水處理再生利用項目管道工程設計

賈躍東 周 曄 李中澤 李 霞

（桐柏縣水利局）

1 設計原則

污水處理再生利用項目管道工程布置的原則：①管道應選擇經(jīng)濟合理的線路。應盡量做到線路短、起伏小、土石方工程量少、減少跨（穿）越障礙次數(shù)、避免沿途重大拆遷、少占農(nóng)田和不占農(nóng)田。②管道走向和位置應符合地市和工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃要求，并盡可能沿現(xiàn)有道路或規(guī)劃道路敷設，以利施工和維護。③管道布置應減少與其它管道的交叉。④管道布置應避免穿越毒物、生物性污染或腐蝕性地段，無法避開時應采取防護措施。⑤在管道凸起點和平直段的必要位置上，應設自動進（排）氣閥，以便及時排除管內(nèi)空氣，不使發(fā)生氣阻，以及在放空管道或發(fā)生水錘時引入空氣，防止管道產(chǎn)生負壓。⑥在管道低凹處應設泄水閥，泄水閥應直接接至河溝和低洼處，以便于管道檢修時的排空。⑦管道上的法蘭接口不宜直接埋在土中，應設置在檢查井內(nèi)。在特殊情況下必須埋入土中時，應采取保護措施，以免螺栓銹蝕，影響維修及縮短使用壽命。⑧管道布置中，應盡量采用小角度轉折，并適當加大制件彎頭的曲率半徑，改善管道內(nèi)水流狀態(tài)，減少水頭損失。

2 工程主要建設內(nèi)容及規(guī)模

污水處理再生利用工程任務主要是收集利用污水處理廠中水為電廠供水，同時埋設污水管道將電廠污水輸送至湍東污水處理廠。

工程主要建設內(nèi)容包括：建設容積0.80萬m3中水暫存池1座；總裝機1.58MW的提水泵站1座；埋設中水輸送管線4條總長1.28×104m（其中：1#中水上水管線長1.02×104m，采用? 1020×10 mm螺旋鋼管；2#湍東污水處理廠中水管線長673.87 m，采用?630×9 mm螺旋鋼管；3#某縣污水處理廠中水管長538.07 m，采用DN800 PE 管；4#西城污水處理廠中水管道長1.40×103m，采用?630×9 mm 螺旋鋼管）；埋設電廠污水排放管線1 條，長1.07×104m，采用DN315PE管。

3 管道工程設計

3.1 管材比選

污水處理再生利用工程根據(jù)工程經(jīng)驗，輸水管道工程選擇PVC-M管、螺旋鋼管、PE管進行比選。

電廠污水管道由于管線鋪設長度長，跨越溝谷較多，為適應復雜地形安裝要求，因此選用PE管道。

污水處理再生利用工程新建中水暫存池，設置泵站提水至電廠，水壓強度較高，管道水錘壓力較大，且項目對工程安全運行要求較高，PVC-M管道抗壓能力相對較差，PVC-M管道、PE管道接口質量與螺旋鋼管相比不易保證，螺旋鋼管雖然投資相對較高，但具有安全性高、抗水錘能力強的優(yōu)點，因此西城污水處理廠中水管道、湍東污水處理廠中水管道、中水上水管道選用螺旋鋼管。

3.2 輸水管道壓力水頭復核

總水頭損失0.50 m，末端水頭為5.26 m；湍東污水處理廠中水管道總水頭損失0.19 m，末端水頭為0.20 m；西城污水處理廠中水管道總水頭損失1.21 m，末端水頭為3.86 m；污水處理廠始端水頭按2.00 m 自由水頭考慮，則末端水頭分別為7.26、2.20 m和5.86 m；電廠污水管道總水頭損失24.99 m，末端水頭為18.21 m，電廠始端水頭按2m 自由水頭考慮，則末端水頭為20.21 m；可以滿足自流輸水要求。

3.3 管道穿河工程

經(jīng)核算，管道穿越湍河段10 a 一遇設計流量為2.36×103m3/s。河床的沖刷深度采用《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-2013）附錄D2.2公式計算,計算結果見表1。根據(jù)計算結果，管道穿越湍河處沖刷深度為1.35 m。為防止河道沖刷，某縣污水處理廠及城西污水處理廠中水管道穿越湍河處，管頂埋置深度距河床現(xiàn)狀最低點取2.00 m，管道外增加φ920×10.00 mm鋼套管防護。

表1 河床沖刷深度計算表

3.4 管道穿路

污水處理再生利用工程管道在穿越南環(huán)路、方山路及老G312國道時，采用非開挖技術——頂管法施工，為防止管道上部荷載過大毀壞管道，穿越段管道采用鋼管作為套管來保護輸水管道。

3.5 管道防腐

污水處理再生利用工程采用的IPN8710防腐涂料，是一種有著化學惰性、耐酸、堿、鹽腐蝕且涂膜結構致密，防水滲透性好，附著力強且堅韌豐滿的一種供水管道常用防腐涂料。環(huán)氧煤瀝青防腐蝕涂料由環(huán)氧與煤瀝青兩種主要成分組成，為高性能防腐涂料，涂層光滑、致密、堅硬，粘結力強，耐鹽堿、耐海水、耐土壤微生物腐蝕、抗植物根莖穿透性等均極好。涂料與玻璃纖維布復合使用，可增強防腐層的機械性能。螺旋鋼管的內(nèi)防腐采用IPN8710防腐，鋼管外防腐環(huán)氧酶漆一底兩面防腐。

3.6 中水進暫存池調控技術措施

污水處理再生利用工程由于電廠的運行時段和運行季節(jié)不同，需水量會有所變化。污水處理工程只是為電廠運行提供部分水量的，因此在管道接污水處理廠中水排放口設置蝶閥和逆止閥，以調控進入中水暫存池的水量。

4 管道附件設計

4.1 閘閥

閘閥主要用于接通或截斷管道中的水，主要布置在泵房及閥門井內(nèi)。

4.2 逆止閥

逆止閥的特點是分兩階段關閉。當突然停泵時，閥體先是快關，然后是慢關。快關段閥體關閉角度大，為全關的60.00%～80.00%，而時間較短，以限制水泵倒流量過大，使水泵不反轉或反轉速小于允許值。慢關段閥體關閉角度小，但時間較長，其目的在于減少或消除水錘壓力的上升。在水泵出口處各裝設一個逆止閥。

4.3 進、排氣閥

進、排氣閥是一種用于防止停泵水錘或關閉閘閥過程中產(chǎn)生管道負壓的特殊閥門，裝設在管線凸起部分。當管道內(nèi)壓力低于大氣壓時吸入空氣，而當管道中壓力上升高于大氣壓時排出空氣。

4.4 泄水閥

泄水閥具有一定泄水能力，適合于泵站停泵水錘壓力變化過程的安全閥。主要用于防止升壓，在管道產(chǎn)生突然壓力升高的瞬間，迅速釋放一部分管道中的壓力水，以緩沖壓力上升，從而達到防止水錘的目的。

4.5 伸縮接頭

伸縮接頭主要為保障管道安全運行，具有以下作用：補償吸收管道軸向、橫向、角向熱變形；吸收設備振動，減少設備振動對管道的影響；吸收地震、地陷對管道的變形量。

5 管道構筑物設計

5.1 鎮(zhèn)墩

污水處理再生利用工程管道構筑物鎮(zhèn)墩在管道的轉彎處，由于水流離心力、水壓及溫度變化等作用，有使管節(jié)拉裂、變形縫張開、管軸線變形等趨勢；對于斜坡上的管道有下滑的傾向。設置鎮(zhèn)墩后，這些不平衡力可由鎮(zhèn)墩承擔，從而改善管道本身的受力狀況。本工程采用C20混凝土封閉式鎮(zhèn)墩，具體設計詳見圖冊。

5.2 閥門井

閥門井為了方便檢修作業(yè)與計量，本工程在輸水管道段設閥門井，閥門井采用混凝土砌矩形立式閥門井。管道沿線間隔150～200 m設閘閥井一座。可根據(jù)實際地形合理調整閥門井的布置。

6 結語

某污水處理項目在總體規(guī)劃設計下，合理布置輸水管線，滿足用戶對水量、水壓的要求，充分發(fā)揮工程效益。結合污水處理廠中水現(xiàn)狀，對區(qū)域供水規(guī)模進行論證,盡量考慮工程施工和投產(chǎn)運行以后日常維護方便，優(yōu)化操作控制，提高供水系統(tǒng)的安全可靠性。設計從總體經(jīng)濟利益出發(fā)，貫徹國家節(jié)能減排的指導方針，結合工程具體情況，優(yōu)先考慮技術可行、性能價格比高的材料與設備，盡量做到投資省、能耗低、效益高、供水安全可靠。