1、頂山144km玻璃鋼供水管道工程設計總結3            摘要：頂山供水管道工程是為解決北疆供水工程施工、運行而興建的一項附屬工程，設計流量384m3/h，最大日供水量9000m3/d。該工程的特點是水位差大，總可利用水頭達143m，是一個可以充分利用地形實現122km管道重力輸水的供水工程，輸水干管總長達144km，水泵揚水部分占22km。本文簡要介紹該管道工程設計遇到主要問題及解決對策。 關鍵詞：玻璃鋼管道 長距離 供水 設計 總結  2.5 管道設計

2、2.5.1 水力學計算 進行管道水力學分析計算時，重點研究水頭損失、水錘現象。本次玻璃鋼管水力計算采用玻璃鋼加砂管道中介紹的公式計算，即先計算雷諾數，然后根據公式進行判斷，是屬于水力光滑區，還是粗糙區，還是混合摩擦區，最后按不同的公式計算水力坡降和水頭損失。 節點流量及管段流量計算：按供水區段流量沿渠線長的線形分布進行計算，管段流量根據流進節點的流量等于流出節點的流量進行計算。 管道基本水力學計算：本工程管內的水流為壓力管流，其過水能力按壓力管道公式進行計算：Q=（2gz）1/2，式中Q過水流量(m3/s)，過水斷面面積(m2)，Z進出口水位差，即總水頭損失(m)，流量系數，與管內沿程摩擦損失

3、及局部阻力損失有關。最關鍵的參數為管徑、總水頭等參數，選定一種管材后，糙率確定，試算管徑、流速，直至得到合適的管徑、流速。 雷諾數、當量粗糙度、水力摩阻系數計算：按水力學有關公式計算雷諾數、當量粗糙度，根據雷諾數、當量粗糙度判別水流狀態，選擇不同公式計算水力摩阻系數 計算水力坡降：管道水力坡降計算按壓力管道計算公式進行計算，即J=/d*（v2/(2g)），J管道水力坡降，管道水力摩阻系數，d管徑(m)，v管內流速(m/s)，g重力加速度(m/s2)。 管道水頭損失計算：管道總水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失之和，管段沿程水頭損失按計算出的管道水力坡降計算，局部水頭損失初估為沿程水頭損失的1

4、0%，等管線布置完成后再根據閥門、彎頭等詳細計算。 管道水壓計算：按照最不利供水節點的控制自由水壓取10.0m計，自由水壓為水壓標高減去地面標高，水壓標高應從最不利供水節點向水源點或供水點計算。為工程運行安全計，全供水管道水壓按各段靜水壓選取管道，即當管道下游關閉止回閥時，由泵站揚水所形成的最大水壓。 水錘防護計算：凡是有泵及壓力管道的地方就會有水錘，因此水錘是長距離輸水工程的一個重要的技術問題，也是造成工程事故的一個主要原因。揚水泵站及壓力最高段管道是水錘防護的重點，設計主要是分析出現水錘的可能性，研究出現水錘現象時管道的承受能力，并考慮合適的工程措施加以解決。當有壓管路中某一點管路中的工作

5、部件工作狀態的改變，會引起管內流速的急劇變化，從而引起流體壓強大幅度的改變，這種水擊壓強的升高和降低，可以達到很高的數值，有時甚至會引起管道嚴重變形，或發生管壁破裂等嚴重事故。 水錘現象計算公式參考水力學，主要計算公式如表3。按不同壁厚計算本工程不同壓力發生水錘時的最大流量及流速變化如表4。設計要求0.85V3.0 m/s，從計算結果分析，均可以滿足要求。為安全起見，在一級揚水泵站出口處加設液控緩閉止回閥，防止過大水擊壓力破壞管道及水泵。 表3            

6、0;      有壓長輸管道水錘計算公式 項目波速計算壓強水頭增量計算壓強增量計算 公式表4                  不同壁厚壓力管道發生水錘時流速增量變化 管徑管壁 厚度管壁允許環向拉應力液體體積彈性系數管壁材料彈性系數彈性波速壓強增量流速變化最大流量DtyKEyCpvQ(m)(m)(Mpa)（Pa）(Pa)（m/s）（Pa）(m/s)（m3/s）301960211

7、8000003019602116500003019602115000003019602113500002.5.2 結構計算 玻璃鋼管道參考以往工程經驗、投資、以及管線制造特點，根據設計壓力分為兩類：工壓大于1.0Mpa采用純聚酯玻璃鋼管道，工壓小于等于1.0Mpa采用玻璃鋼夾砂管道，剛度均為SN5000。按照JC552-94及JC/T838-1998玻璃鋼設計標準規范進行管道    2007-04-25        結構設計，并由廠家進行管道壁厚分析計算，同設計管道壁厚進行

8、分析比較，重點研究管道設計工作年限、管道環向失效應力、剛度等參數。廠家根據設計參數進行鋪層設計,確定參數后進行生產，并按規范要求進行生產。該項設計的主要目的是確定管道壁厚。     2.6 附屬設施 2.6.1 排氣閥設置 水在輸水管道運行時，實際上是水氣兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，應依據輸水管道的縱向布置，分析研究計算可能出現的不同工況下水的流動狀態，選擇合適的位置(一般在駝峰處)布置一定數量的排氣閥，在管線的水平段，排氣的問題更突出，因此在設計時一般人為的把管線布置成一個高點，設置排氣閥，而且水平距段根據經驗設置。排氣閥的選擇也很重要，因為管

9、道中運行時，水在管道中的狀態很復雜。根據國外水錘研究者提供氣水兩相流可分為六種流態，即層狀流、波狀層、段塞流、氣團流、泡沫流、環狀流，由于水流流態的復雜性，也就產生了排氣的困難，因此除了確定排氣閥的合理數量，合適位置，對排氣閥種類與性能也應充分重視。    根據多個工程的調查情況，排氣閥過多會造成管理上的困難及增加投資，過少會影響管道進排氣，造成工程事故。很多資料介紹排氣閥應600"1000m設置一處，在多次研究、咨詢的基礎上，確定本工程共布置1.0"1.6Mpa DN80排氣閥89處，距離最短的相距700m，最遠的相距3000m，平均1.62

10、km一處。 考慮到水源地未設置凈水裝置，所有排氣閥底部與閘閥連接處加裝了緩沖閥，防止雜草等堵塞氣閥，根據市場調研情況選擇復合式進排氣閥，大孔用于強排，平時微量排氣靠小孔實現，材質為球墨鑄鐵。 2.6.2 分水、排水閥井設置 在管道每隔5公里設一處分水閥井，管道上設立分水井的目的：一方面為施工單位分水之用；另一方面在管道檢修時，能利用井內的阻斷閥截斷水流；再一方面出現事故時可以緊急關閉。分水管直徑一般為輸水管直徑的1/3，分水閥直徑等同分水管直徑。主管直徑DN=400，排水閥直徑DN=150，全線共布置31處分水閥井。阻斷閥門采用法蘭式手動蝶閥，材質為球墨鑄鐵，分水閥門采用法蘭式手動閘閥，后接水

11、表計量，閥門材質為球墨鑄鐵。 管道的低凹處應設泄水管及排水閥井，管道上設立排水井的目的：一方面在沖洗管道時能把管內沉淀雜物、泥沙沖刷排凈；另一方面在管道檢修時，能把管內存水放空。泄水管宜接至溝底或低洼處，當不能直接排出時，應設集水井，用水泵將水排走，泄水管直徑一般為輸水管直徑的1/3，排水閥直徑等同泄水管直徑。主管直徑DN=400，排水閥直徑DN=150。分水閥門采用法蘭式手動閘閥，閥門材質為球墨鑄鐵。排水閥井根據地形需要共設置62處。 2.6.3 跨河建筑物 管道在118000處穿越渠道，渠寬24m，為防止管道振動，設計采用鋼桁架橋通過，跨徑26m，寬度1.2m，渠道兩側設鋼筋砼橋臺，玻璃鋼

12、管采用巖棉保溫處理。 2.6.4 跨路保護 本工程與各種永久道路、臨時公路相交處共17處，對于永久公路及汽車荷載超過汽20標準的，均采用鋼套管穿越，減少干擾，避免隱患，確保運行安全。對于臨時路口及小車通過的，采取加固次管區的辦法，即將該段管道次管區及機械回填部分全部采用人工分層回填夯實，直至地面。 2.6.5 管道連接件及其他 玻璃鋼管道在實際使用當中需要與各類管道、閥門、鋼制件、水池等進行連接，各種連接件如法蘭、彎頭、大小頭等均可以采用玻璃鋼手工糊制生產，也可采用鋼制件。根據類似工程調查情況結合管道維修、運行等，確定管道與閥井的連接件全部采用鋼制件。少量彎頭、對接部分采用手工糊制，并按設計壓

13、力1.5倍加強處理。 本工程設計1.24m長連接鋼短管（一頭承口、一頭插口）共186個，連接鋼三通93處，手工糊制DN75三通89處，各種不同轉角彎頭75處，平糊對接接頭30處。   3 水壓試驗及接口小壓試驗問題 3.1 水壓試驗 埋地給水排水玻璃纖維增強熱固性樹脂夾砂管管道工程施工及驗收規程CECS1292001及給水排水管道工程施工及驗收規程GB5026897均規定：管道安裝后應盡早進行水壓試驗，每次水壓試驗長度不宜超過1km。具體到工程而言，對于長距離供水工程由于受地形限制，管道設計一般隨自然坡度及采用埋地式設計，有些地段同一壓力等級連續長710km，有些地段一個壓力等級可能

14、只有不到1km。水壓試驗的目的是驗證管道的滲水量是否符合規程要求以及檢驗管道的總體質量，水壓試驗分段長度應結合管徑、水源點、地形條件、土壤條件、堵頭位置等綜合考慮。頂山供水工程管徑DN350"DN400、設計壓力0.6"1.6Mpa，全長144km，經研究后設計在技術要求中明確指出水壓試驗分段長度一般35km，最大不超過10km。施工當中，經設計、監理、施工單位認真研究分析，根據堵頭位置、壓力等級確定了現場分段試壓長度，其中部分管段分段試壓情況見表5，經過詳細周密的計算分析、準備，各分段均一次試壓成功，經運行未發現任何問題。 表5           &#