淺談包頭市河西電廠廠外輸水管道管材設(shè)計選優(yōu)_再生水管道
2016-04-13 19:54:05 安裝信息網(wǎng)
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論文摘要：包頭市河西電廠廠外輸水管道輸送包鋼集團污水處理中心的再生水，其水質(zhì)具有腐蝕性。在管材設(shè)計選優(yōu)時經(jīng)過對內(nèi)外壁防腐鋼管、鋼筒混凝土管和玻璃鋼夾砂管三種類型從技術(shù)、經(jīng)濟方面進行了對比，最后優(yōu)選了玻璃鋼夾砂管道。經(jīng)過多年來的運行證實，效果很好。
論文關(guān)鍵詞：再生水管道,管材設(shè)計選優(yōu),內(nèi)外壁防腐鋼管,鋼筒混凝土管,玻璃鋼夾砂管
0引言
包頭市河西電廠始建于2005年，屬燃煤火力發(fā)電廠。電廠水源由包鋼污水處理中心處理后的再生水供給，是包鋼集團支援市屬企業(yè)，推動包頭市節(jié)約黃河水、合理利用污水再生資源的舉措。包鋼污水處理中心提供給包頭市河西電廠再生水量為3000m/h，敷設(shè)1條管徑為DN900，長度為8900m的再生水管道。
由于再生水處理主體工藝屬混凝、沉淀、過濾和殺菌滅藻，對污水中含鹽成分沒有去除作用，因此再生水腐蝕的因子較多。加之，從包鋼污水處理中心輸送到河西電廠的再生水管道要穿越包蘭鐵路兩處、較長的鐵路棧場一處，穿越公路一處、昆都侖河一處以及大片的耕地。穿越昆都侖河處需要降水施工。按照包鋼已有輸水管道敷設(shè)在河流和耕地處多年的實踐證實，采用鋼筋混凝土管道抗震能力差，包頭市屬地震8度設(shè)防區(qū)，在1996年5月3日地震時，此類管道接口有些漏水。但是采用鋼管，管外壁有腐蝕穿孔的現(xiàn)象。另外，在日常運行中，若發(fā)生管道破裂，搶修的混凝土管道施工困難，影響搶修時間。
眾所周知，對于熱力電廠，有效供水量是電廠的生命線。為了確保敷設(shè)管道供水安全可靠，施工、維護方便，事故時搶修便捷，投資經(jīng)濟合理，技術(shù)先進實用，管道選材尤為重要。我們經(jīng)過設(shè)計選優(yōu)，進行經(jīng)濟技術(shù)綜合指標的評價，選用玻璃鋼夾砂管道，多年的運行證實，效果很好。該工程于2007年被評為包鋼優(yōu)秀工程設(shè)計三等獎。
1再生水輸水管道的基本情況
包鋼污水處理中心的再生水處理基本工藝為：包鋼廠區(qū)合流污水→格柵→預沉→沉淀→過濾→加氯殺菌滅藻→送給用水戶。
包鋼污水處理中心處理水量為8000m/h，其中5000m/h回用到包鋼廠區(qū)，3000m/h送給河西電廠。處理后水質(zhì)指標如表1
表1再生水水質(zhì)指標
從上表中看出，Cl＋SO=910mg/L＞500mg/L，對鋼材屬中級腐蝕，對混凝土及混凝土中的鋼材也屬中度腐蝕。
2管道管材設(shè)計選優(yōu)
根據(jù)輸水的水質(zhì)和管線的工程情況，我們對內(nèi)外壁防腐鋼管、鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管進行了優(yōu)、缺點分析。
2.1內(nèi)外壁防腐鋼管優(yōu)、缺點
2.1.1優(yōu)點
�。�1）韌性好，強度高、抗震性能好、制造靈活、安裝方便。
�。�2）內(nèi)外壁防腐后抗腐蝕能力強、水力阻力小。
�。�3）適應性強，可埋設(shè)穿越各種障礙物。
�。�4）搶修、維護方便。
�。�5）管基要求簡易。
2.2.2缺點
�。�1）內(nèi)外防腐處理麻煩。內(nèi)涂料前需要噴砂去除污物。涂層有砂眼，水容易浸入，易脫落，加速腐蝕。外防腐要求加強防腐，除采用普通要求的石油瀝青或環(huán)氧煤瀝青等外，當鋼管敷設(shè)長度大于500米時做陰極保護，采用犧牲陽極的辦法，在日后運行中必須定期更換陽極，增加運行費用。
�。�2）焊口處防腐質(zhì)量控制要求高。鋼管絕大部分都是現(xiàn)場對焊施工，在焊完后焊口防腐采用液體環(huán)氧補口，施工嚴格控制方可消除腐蝕隱患，避免爆管等事故。
2.2鋼筒混凝土管（外鋼內(nèi)混凝土）
2.2.1優(yōu)點
（1）節(jié)約金屬，內(nèi)壁是混凝土需要做內(nèi)防腐。
�。�2）有柔性和平端兩種形式接口，柔性接口承口剛度較大，抗震能力強。
�。�3）水錘峰值較小，因其彈性模量較小。
2.2.2缺點
�。�1）在Cl＋SO含量超過500mg/L時，極易發(fā)生環(huán)向鋼材銹蝕和管道破裂事故。
（2）水頭損失大，水力性能差。預應力鋼筋混凝土管的糙率系數(shù)在0.013～0.014之間，這樣對于同樣輸水量、同等管徑的管線，其沿程阻力就高。由于其糙率大，管道內(nèi)會掛污結(jié)垢，隨使用年限的增加，管內(nèi)徑會逐漸縮小，阻力增大。從鋼筒混凝土管的制作工藝來分析，其芯管大都采用離心法成型，混凝土的水灰比較大，在離心力的作用下，粗骨料偏向管的外壁，而管內(nèi)側(cè)由于細骨料和水分的析出，強度和耐磨性變差。當管內(nèi)壁受水流長期沖刷和浸泡后，會發(fā)生磨損和剝蝕。
（3）管材笨重，管件不配套。鋼筒混凝土管笨重，搬運損壞率高，增加運輸?shù)跹b費用。管件不配套，通常選用鑄鐵管件，兩者的承壓能力、使用壽命，耐腐蝕狀況不一樣，易發(fā)生爆裂。因此存在事故隱患。輸水管線的彎頭、三通、短管沿線較多，這一問題會更加明顯。
（4）管道一旦發(fā)生事故，搶修困難，造價也較高。
2.3玻璃鋼夾砂管
2.3.1優(yōu)點
（1）耐腐蝕性好，對水質(zhì)無影響。能抵抗腐蝕性介質(zhì)和腐蝕性土壤或地下水。比傳統(tǒng)管材使用壽命長，設(shè)計使用壽命一般為50年以上。管內(nèi)壁不易結(jié)垢，水質(zhì)不受二次污染，水流阻力小且不增加電耗。
�。�2）耐熱、抗凍性好。在-30℃狀態(tài)下仍具有良好的韌性和極高的強度，可在-50℃～80℃的范圍內(nèi)長期使用。
（3）自重輕、強度高、運輸安裝方便。采用纖維纏絲生產(chǎn)的玻璃鋼夾砂管道，其比重在1.65～2.0，只有鋼的1/4。玻璃鋼夾砂管的環(huán)向拉伸強度180～300MPa，軸向拉伸強度為60～150Mpa，近似合金鋼，這樣可設(shè)計成滿足各類承受內(nèi)、外壓力的管道。 對于相同管徑的管道，重量方面玻璃鋼夾砂管是鋼管的2/5、鋼筒混凝土管的1/8，因此運輸安裝十分方便。玻璃鋼夾砂管道和鋼管比混凝土管減少2/3接頭。它的承插連接方式，安裝快捷簡便，同時降低了吊裝費用，提高了安裝速度。事故時搶修便捷快速。
（4）摩擦阻力小，輸送能力高。玻璃鋼夾砂管內(nèi)壁非常光滑，糙率為0.0084，而混凝土管和鋼管糙率值0.013～0.014，因此玻璃鋼夾砂管可減少沿程流體阻力損失，提高輸送能力。
（5）玻璃鋼夾砂管是非導體，管道的電絕緣性特優(yōu)，絕緣電阻在1012～1015Ω·cm，適合使用于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)，而且不用做內(nèi)、外防腐層。
�。�6）考慮建設(shè)投資，安裝維修費，使用壽命，節(jié)能節(jié)鋼，玻璃鋼夾砂管道具有較好的綜合效益。
2.3.2缺點
（1）材質(zhì)韌性不及鋼管，抗沉降和振動路段采用時要慎重。
�。�2）玻璃鋼夾砂管道在明設(shè)時由于太陽光的照射會加速老化，但埋設(shè)敷設(shè)可避免陽光輻射產(chǎn)生的老化問題。
2.4管材的經(jīng)濟比較
管材價按2005年市場價計算，鋼材單價4400元/t，安裝費按包鋼建安公司報價。但均沒計算管道運輸費、特殊工程地質(zhì)處理費和其他不可預見費。為了進一步說明問題的方便，再生水管道得出三種管道的經(jīng)濟指標，如下表：
表2DN900再生水管道經(jīng)濟比較表（管長8900m）
從上表中看出，玻璃鋼夾砂管道造價最低。
3結(jié)論
3.1從以上技術(shù)經(jīng)濟兩方面比較來看，鋼筒混凝土管不宜采用。
3.2從包鋼黃河水源地輸送黃河水干管近50年的運行經(jīng)驗來看，混凝土管基本上改換為卷焊鋼管，鋼管外壁為加強防腐層可滿足要求。
3.3從近年來管材的發(fā)展來看，新管材越來越多，技術(shù)經(jīng)濟指標均具有一定的先進性。但再生水管材選用內(nèi)外壁防腐鋼管和玻璃鋼夾砂管均能滿足需要。而以玻璃夾砂管綜合指標較好。但在穿越鐵路、公路、河流等特殊地段時，應優(yōu)先采用焊接鋼管，管道內(nèi)防腐采用粉末環(huán)氧噴涂處理工藝，外壁采用環(huán)氧煤瀝青防腐的管道為佳，此部分管線的頂管施工的外加套管應采用預應力混凝土管為好。
3.4包頭市河西電廠廠外輸水管道最終確定為主體輸送管材采用玻璃鋼夾砂管道。穿越鐵路、公路、河流等特殊地段采用了內(nèi)外壁防腐的焊接鋼管，頂管施工時的外加套管采用了預應力鋼筋混凝土管道。2005年底該管線投入運行，2007年該工程被評為包鋼優(yōu)秀工程設(shè)計三等獎，到現(xiàn)在運行效果一直很好，得到了河西電廠的好評。
論文關(guān)鍵詞：再生水管道,管材設(shè)計選優(yōu),內(nèi)外壁防腐鋼管,鋼筒混凝土管,玻璃鋼夾砂管
0引言
包頭市河西電廠始建于2005年，屬燃煤火力發(fā)電廠。電廠水源由包鋼污水處理中心處理后的再生水供給，是包鋼集團支援市屬企業(yè)，推動包頭市節(jié)約黃河水、合理利用污水再生資源的舉措。包鋼污水處理中心提供給包頭市河西電廠再生水量為3000m/h，敷設(shè)1條管徑為DN900，長度為8900m的再生水管道。
由于再生水處理主體工藝屬混凝、沉淀、過濾和殺菌滅藻，對污水中含鹽成分沒有去除作用，因此再生水腐蝕的因子較多。加之，從包鋼污水處理中心輸送到河西電廠的再生水管道要穿越包蘭鐵路兩處、較長的鐵路棧場一處，穿越公路一處、昆都侖河一處以及大片的耕地。穿越昆都侖河處需要降水施工。按照包鋼已有輸水管道敷設(shè)在河流和耕地處多年的實踐證實，采用鋼筋混凝土管道抗震能力差，包頭市屬地震8度設(shè)防區(qū)，在1996年5月3日地震時，此類管道接口有些漏水。但是采用鋼管，管外壁有腐蝕穿孔的現(xiàn)象。另外，在日常運行中，若發(fā)生管道破裂，搶修的混凝土管道施工困難，影響搶修時間。
眾所周知，對于熱力電廠，有效供水量是電廠的生命線。為了確保敷設(shè)管道供水安全可靠，施工、維護方便，事故時搶修便捷，投資經(jīng)濟合理，技術(shù)先進實用，管道選材尤為重要。我們經(jīng)過設(shè)計選優(yōu)，進行經(jīng)濟技術(shù)綜合指標的評價，選用玻璃鋼夾砂管道，多年的運行證實，效果很好。該工程于2007年被評為包鋼優(yōu)秀工程設(shè)計三等獎。
1再生水輸水管道的基本情況
包鋼污水處理中心的再生水處理基本工藝為：包鋼廠區(qū)合流污水→格柵→預沉→沉淀→過濾→加氯殺菌滅藻→送給用水戶。
包鋼污水處理中心處理水量為8000m/h，其中5000m/h回用到包鋼廠區(qū)，3000m/h送給河西電廠。處理后水質(zhì)指標如表1
表1再生水水質(zhì)指標
|
項目 |
SS（mg/L） |
pH |
暫硬（dH） |
總硬（dh） |
油（mg/L） |
Cl （mg/L） |
SO （mg/L） |
|
數(shù)值 |
≤20 |
7.8~8.4 |
≤14 |
≤28 |
≤5 |
120~490 |
180~420 |
從上表中看出，Cl＋SO=910mg/L＞500mg/L，對鋼材屬中級腐蝕，對混凝土及混凝土中的鋼材也屬中度腐蝕。
2管道管材設(shè)計選優(yōu)
根據(jù)輸水的水質(zhì)和管線的工程情況，我們對內(nèi)外壁防腐鋼管、鋼筒混凝土管、玻璃鋼夾砂管進行了優(yōu)、缺點分析。
2.1內(nèi)外壁防腐鋼管優(yōu)、缺點
2.1.1優(yōu)點
�。�1）韌性好，強度高、抗震性能好、制造靈活、安裝方便。
�。�2）內(nèi)外壁防腐后抗腐蝕能力強、水力阻力小。
�。�3）適應性強，可埋設(shè)穿越各種障礙物。
�。�4）搶修、維護方便。
�。�5）管基要求簡易。
2.2.2缺點
�。�1）內(nèi)外防腐處理麻煩。內(nèi)涂料前需要噴砂去除污物。涂層有砂眼，水容易浸入，易脫落，加速腐蝕。外防腐要求加強防腐，除采用普通要求的石油瀝青或環(huán)氧煤瀝青等外，當鋼管敷設(shè)長度大于500米時做陰極保護，采用犧牲陽極的辦法，在日后運行中必須定期更換陽極，增加運行費用。
�。�2）焊口處防腐質(zhì)量控制要求高。鋼管絕大部分都是現(xiàn)場對焊施工，在焊完后焊口防腐采用液體環(huán)氧補口，施工嚴格控制方可消除腐蝕隱患，避免爆管等事故。
2.2鋼筒混凝土管（外鋼內(nèi)混凝土）
2.2.1優(yōu)點
（1）節(jié)約金屬，內(nèi)壁是混凝土需要做內(nèi)防腐。
�。�2）有柔性和平端兩種形式接口，柔性接口承口剛度較大，抗震能力強。
�。�3）水錘峰值較小，因其彈性模量較小。
2.2.2缺點
�。�1）在Cl＋SO含量超過500mg/L時，極易發(fā)生環(huán)向鋼材銹蝕和管道破裂事故。
（2）水頭損失大，水力性能差。預應力鋼筋混凝土管的糙率系數(shù)在0.013～0.014之間，這樣對于同樣輸水量、同等管徑的管線，其沿程阻力就高。由于其糙率大，管道內(nèi)會掛污結(jié)垢，隨使用年限的增加，管內(nèi)徑會逐漸縮小，阻力增大。從鋼筒混凝土管的制作工藝來分析，其芯管大都采用離心法成型，混凝土的水灰比較大，在離心力的作用下，粗骨料偏向管的外壁，而管內(nèi)側(cè)由于細骨料和水分的析出，強度和耐磨性變差。當管內(nèi)壁受水流長期沖刷和浸泡后，會發(fā)生磨損和剝蝕。
（3）管材笨重，管件不配套。鋼筒混凝土管笨重，搬運損壞率高，增加運輸?shù)跹b費用。管件不配套，通常選用鑄鐵管件，兩者的承壓能力、使用壽命，耐腐蝕狀況不一樣，易發(fā)生爆裂。因此存在事故隱患。輸水管線的彎頭、三通、短管沿線較多，這一問題會更加明顯。
（4）管道一旦發(fā)生事故，搶修困難，造價也較高。
2.3玻璃鋼夾砂管
2.3.1優(yōu)點
（1）耐腐蝕性好，對水質(zhì)無影響。能抵抗腐蝕性介質(zhì)和腐蝕性土壤或地下水。比傳統(tǒng)管材使用壽命長，設(shè)計使用壽命一般為50年以上。管內(nèi)壁不易結(jié)垢，水質(zhì)不受二次污染，水流阻力小且不增加電耗。
�。�2）耐熱、抗凍性好。在-30℃狀態(tài)下仍具有良好的韌性和極高的強度，可在-50℃～80℃的范圍內(nèi)長期使用。
（3）自重輕、強度高、運輸安裝方便。采用纖維纏絲生產(chǎn)的玻璃鋼夾砂管道，其比重在1.65～2.0，只有鋼的1/4。玻璃鋼夾砂管的環(huán)向拉伸強度180～300MPa，軸向拉伸強度為60～150Mpa，近似合金鋼，這樣可設(shè)計成滿足各類承受內(nèi)、外壓力的管道。 對于相同管徑的管道，重量方面玻璃鋼夾砂管是鋼管的2/5、鋼筒混凝土管的1/8，因此運輸安裝十分方便。玻璃鋼夾砂管道和鋼管比混凝土管減少2/3接頭。它的承插連接方式，安裝快捷簡便，同時降低了吊裝費用，提高了安裝速度。事故時搶修便捷快速。
（4）摩擦阻力小，輸送能力高。玻璃鋼夾砂管內(nèi)壁非常光滑，糙率為0.0084，而混凝土管和鋼管糙率值0.013～0.014，因此玻璃鋼夾砂管可減少沿程流體阻力損失，提高輸送能力。
（5）玻璃鋼夾砂管是非導體，管道的電絕緣性特優(yōu)，絕緣電阻在1012～1015Ω·cm，適合使用于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)，而且不用做內(nèi)、外防腐層。
�。�6）考慮建設(shè)投資，安裝維修費，使用壽命，節(jié)能節(jié)鋼，玻璃鋼夾砂管道具有較好的綜合效益。
2.3.2缺點
（1）材質(zhì)韌性不及鋼管，抗沉降和振動路段采用時要慎重。
�。�2）玻璃鋼夾砂管道在明設(shè)時由于太陽光的照射會加速老化，但埋設(shè)敷設(shè)可避免陽光輻射產(chǎn)生的老化問題。
2.4管材的經(jīng)濟比較
管材價按2005年市場價計算，鋼材單價4400元/t，安裝費按包鋼建安公司報價。但均沒計算管道運輸費、特殊工程地質(zhì)處理費和其他不可預見費。為了進一步說明問題的方便，再生水管道得出三種管道的經(jīng)濟指標，如下表：
表2DN900再生水管道經(jīng)濟比較表（管長8900m）
|
序號 |
名稱 |
內(nèi)外壁防腐鋼管 |
鋼筒混凝土管（PCCP管） |
玻璃鋼夾砂管 |
|
1 |
管材單價（元/m） |
794 |
1275 |
900 |
|
2 |
安裝費（元/m） |
222 |
247 |
133 |
|
3 |
防腐費用（元/m） |
398 |
0 |
0 |
|
4 |
管基墊層費用（元/m） |
0 |
50（砂墊層） |
10（砂墊層） |
|
5 |
合計單位長度費用（元/m） |
1414 |
1572 |
1043 |
|
6 |
單位長度造價差價（元/m） |
371 |
529 |
0 |
|
7 |
預計造價（萬元） |
1258.46 |
1399.08 |
928.27 |
|
8 |
總造價差額（萬元） |
330.19 |
170.81 |
0 |
從上表中看出，玻璃鋼夾砂管道造價最低。
3結(jié)論
3.1從以上技術(shù)經(jīng)濟兩方面比較來看，鋼筒混凝土管不宜采用。
3.2從包鋼黃河水源地輸送黃河水干管近50年的運行經(jīng)驗來看，混凝土管基本上改換為卷焊鋼管，鋼管外壁為加強防腐層可滿足要求。
3.3從近年來管材的發(fā)展來看，新管材越來越多，技術(shù)經(jīng)濟指標均具有一定的先進性。但再生水管材選用內(nèi)外壁防腐鋼管和玻璃鋼夾砂管均能滿足需要。而以玻璃夾砂管綜合指標較好。但在穿越鐵路、公路、河流等特殊地段時，應優(yōu)先采用焊接鋼管，管道內(nèi)防腐采用粉末環(huán)氧噴涂處理工藝，外壁采用環(huán)氧煤瀝青防腐的管道為佳，此部分管線的頂管施工的外加套管應采用預應力混凝土管為好。
3.4包頭市河西電廠廠外輸水管道最終確定為主體輸送管材采用玻璃鋼夾砂管道。穿越鐵路、公路、河流等特殊地段采用了內(nèi)外壁防腐的焊接鋼管，頂管施工時的外加套管采用了預應力鋼筋混凝土管道。2005年底該管線投入運行，2007年該工程被評為包鋼優(yōu)秀工程設(shè)計三等獎，到現(xiàn)在運行效果一直很好，得到了河西電廠的好評。
關(guān)鍵字：水利
