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長距離給水管工程的應用

 1 概述

  HDPE管通常指PE80 (含鋼骨架管)、PE100及超高分子量聚乙烯管。它具有良好的耐高、低溫性能;抗環境應力開裂、抗沖擊、耐老化、耐腐蝕、安裝方便等優點,是我國近幾年來推廣應用的一種新型管材。特別適應在鹽湖、沼澤、戈壁、沙漠等環境惡劣地區的管道敷設。

  由于PE管在我國推廣應用的時間不長,相關的管道技術規程尚在編制中,沒有很多的實踐經驗可供借鑒,大規模的推廣應用存在一定的困難。我院從2000年開始對長距離PE給水管在復雜地質條件下敷設進行設計探討。2002年在新疆羅布泊(羅中)設計的一條總長57km、DN200(外徑D225)的長距離輸水管線,全線為PE管,至今已安全運行1年有余。2003年又在青海那陵格勒西水源地設計了一條總長156km(主管DN600、支管DN400)的長距離輸水管線,其中長達132km為HDPE管(含超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復合管),至今已安裝60% ,計劃2004年9月投入使用。以上工程均為穿越沼澤、戈壁、沙漠、鹽、等無人區,本文以此為例,淺述長距離PE給水管線在工程應用中若干問題的處理方法。

2管道設計、施工中遇到的幾個問題及解決措施

2.1 水力計算及設計流速

  PE管(特別是超高分子量聚乙烯管)內表面非常光滑,流體阻力小。在水力計算上,部分專家、資料建議采用威廉姆斯公式,C值取145~160(超高分子量聚乙烯管取160);《室外聚乙烯給水管道工程技術規程(討論稿)》4.3推薦公式是:I=8.75╳10-4╳Q1.761/Dj4.761。兩個公式計算結果相差不大,采用后者更安全一些。新疆羅布泊長距離輸水管線經一年的運行,實測的運行工況與計算結果基本吻合。

  管道局部水頭損失設計按沿程損失的5%~10%。管徑較小時取10%。

  設計流速主要通過技術經濟比較確定。管徑較小采用較低的流速,管徑較大時可采較高的設計流速。從安全運行的角度考慮長距離非金屬輸水管道的設計流速建議不大于1.5m/s。我院在長距離輸水工程上,DN200管采用的流速為0.7m/s,DN600管流速則采用了1.23m/s。流速過大水頭損失增加較快,管材的壓力等級、工程造價也相應提高,同時增大了水錘發生的機率。例如DN600管,流速1.23m/s時,100km水頭損失已達170m。當輸水管線不長(二十幾公里以內),適當提高設計流速也是合理的。

2.2 工程地質條件復雜地區的輸水管材質選擇

  青海那陵格勒西水源地長距離輸水工程,管線途經沙漠、沼澤、鹽湖等無人區。我院在管材選用方案上進行了詳細的技術經濟比較。對球墨鑄鐵管、焊接鋼管、HDPE管等多種管材選用的比較結果是,采用PE管的方案在總投資上節省20%左右。該地區土壤腐蝕劑較強,如選用金屬管材,外壁必需加強級防腐。且金屬管材在沙漠、沼澤、鹽湖地區運輸、安裝極為困難,有些地段根本就無法施工。

  在PE管系列中PE80、PE100、鋼骨架塑料復合管及超高分子量聚乙烯管的選擇還需根據管道敷設地段的工程地質情況確定。在設計中一般選用超高分子量聚乙烯管或PE100管,原因是這兩種管性價比高。在穿越沼澤、河流地段,宜選用超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復合管。

  長距離金屬管線通常采用一種壁厚的管材。同等外徑的HDPE管管材的壓力等級不同,價格相差較大。為了節省投資,在長距離HDPE輸水管線設計中可將管線分為幾個壓力段。根據管段承壓情況分段選用不同壓等級的管材。我們在長距離輸水工程實踐中通常選擇3、4個壓力等級的管,從0.8~1.6MPa。

2.3 埋地管設置伸縮器問題的探討

  當聚乙烯管道敷設在沼澤地或河底土壤摩擦力較小時,應考慮由溫度變化引起的縱向變形計算。按公式△L=0.13L(△t)計算,在長距離管段,理論計算值較大。我院在新疆羅布泊長距離(57km)輸水工程上作了一個試驗,管線在穿越長16km的鹽沼地采用鋼骨架塑料復合管,未設伸縮器,埋深:1.3m。其余地段管道則設有套筒式伸縮器。經過1年多的運行,均未出現問題。工程實踐證明,管道在穿越復雜地質條件地段時,應具體情況具體分析。當管道埋設較深時可不考慮伸縮器的設置
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