1、長距離輸水管道設計中的幾個問題探討1長距離輸水管道管材的選擇隨著我國經濟發展和城市化進程的加快，城市及工業用水量迅速增加，長距離輸水工程是解決用水量迅速增加的主要措施之一。輸水管道在新材料、新技術應用方面有了較大進步。管道投資占整個輸水工程的絕大比重，因此管材的選擇應從工程的規模、重要性、管徑、工作壓力、地形地質、工期、資金等方面綜合分析確定，以達到性價比最優。常用的輸水管道有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、聚乙烯塑料管（PVC-U）、超高分子量聚乙烯管等，就上述管材選擇說明比較如下1.1鋼管鋼管應用歷史較長，范圍廣，是一種傳統的輸水管材。鋼管一般選

2、用螺旋焊接與直縫焊接管，具有強度高、可靠性高、適應性強等優點，但耐腐蝕性差，使用壽命一般不超過25年。為延長鋼管壽命，需對其進行防腐處理和保護，其方法可采用涂料加犧牲陽極的復合防腐措施。鋼管內、外防腐采用國家衛生部許可的GZ-2新型高分子防腐涂料，內壁防腐級別為普通級，采用二底二面，漆膜干膜厚80100m；外壁防腐級別為重加強級，采用二布四油，漆膜干膜厚280300m；犧牲陽極保護塊間隔一定距離通過電纜與鋼管連接，加強鋼管的抗腐蝕能力。通過涂料加犧牲陽極的復合防腐措施，可使鋼管壽命達50年，但施工復雜，工期長，造價較高。1.2球墨鑄鐵管球墨鑄鐵管是上世紀九十年代廣泛應用的輸水管材，具有強度高、

3、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點，內壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，采用柔性T型接口，適應變形能力強，止水效果好，是一種較理想的輸水管材。1.3預應力混凝土管預應力混凝土管按其生產工藝分兩種，一種是一階段管即一次成型；一種是三階段管。預應力混凝土管因加工工藝簡單，造價最低，但管材生產過程中存在弊病，如三階段噴漿質量不穩定，易脫落和起鼓；一階段管在施加予應力時不易控制，造成質量不穩定、不均一，且因重量大造成運輸安裝不方便，使其應用受到了限制，該管道為最經濟的管材，可根據供水重要性適當選用。1.4預應力鋼筒混凝土管（PCCP）預應力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復合管。管芯為混凝土

4、，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞預應力高強鋼絲，并在其外部*泥漿保護層。該管抗滲性能較好，接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，設橡膠止水圈，止水效果較好。1000mm以上管徑具有明顯價格優勢。1.5玻璃鋼管玻璃鋼管全稱纏繞玻璃纖維增強熱固樹脂加砂管，該工藝是以樹脂為基本材料，玻璃纖維及其制品為增強材料，以石英砂為填充材料而制成的新型復合管材。玻璃鋼管采用承插式連接，橡膠圈止水，具有耐腐蝕、重量輕、強度高、不結垢，尤其內壁光滑，水力學性能好，造率系數僅為0.009，是鋼管的70%，被稱為“水力學光滑管”，在長距離輸水管道中具有廣闊發展前景。1.6聚乙烯塑料管（PVC-U聚乙烯塑料管

5、是一種傳統輸水管材，具有耐腐蝕、重量輕、運輸安裝方便等優點，管徑一般小于等于800 mm。400mm以下管徑較為經濟。1.7超高分子量聚乙烯管超高分子量聚乙烯管是一種新型工程塑料管道，具備了聚乙烯管優點外，還具有高抗沖擊性，其沖擊強度是聚乙烯管的4倍，高耐磨性，可達聚乙烯管的10倍，提高了使用壽命，管道連接采用電熱融焊接工藝，有效防止結點滲漏和開裂。管材經濟比較表單位：元/m管徑(mm)鋼管球墨管混凝土管鋼筒管玻璃鋼管PVC-U高分子管20017815079135859030026624517721018719840039435023830529232050049046836036043550

6、060058661739044041073079080010179755807105851030127010001269141277586292512001768193096010601420140020602497128013801650160028833163132014902200$從安全方面，鋼管、球墨鑄鐵管，PCCP管比較安全，特別在工壓高，管徑大，管線起伏較多的工程中。鋼管要特別注意防腐處理以延長使用壽命；玻璃鋼管特別注意出廠管材的質量檢查，選用合適的剛度。從經濟方面，預應力混凝土管最為經濟；400mm以下管徑優先選用PVC-U和超高分子量聚乙烯管，其次為玻璃鋼管；500800mm

7、管徑優先選用玻璃鋼管，其次為球墨鑄鐵管；1000mm以上管徑優先選用鋼筒管，球墨鑄鐵管價格較高。2長距離輸水管道管徑的選擇長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行費用，相反管徑減小，可降低管道一次性投資，但管路阻力增大，年耗電量及年運行費增加。因此如何確定一個合理的管徑，是長距離輸水管道設計中的一項十分重要的工作。確定經濟管徑的方法可采用費用現值最小法。假設不同的管徑，計算出管道的一次性投資，然后根據供水流量、管長、管徑、管材計算凈揚程，再由凈揚程、流量等計算裝機容量，從而計算年運行費，按費率和年限折現，求出費用現值，其中最小費用

8、現值對應的管徑即為經濟管徑。現以下列實例計算如下：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，進出口水頭差及出口壓力值共計0.15MPa,管材為球墨鑄鐵管，糙率系數n=0.013，折現率i=6%,折現年限N=30a，折現系數13.76。管徑選擇比較表輸水管距（km）5.010.0'15.0管徑（mm）400500600400500600400500600管道投資(萬元)2022813704045627406068431110總凈揚程（m）37.521.618.360.028.821.184.735.524.0裝機容量（kw）7845381256

9、0441717450(年電量（萬kwh）68.339.433.3109.552.638.5149.864.843.8年運行費（萬元）54.631.526.687.642.130.8119.851.835.0費用現值（萬元）953714736160911411163225415561592500mm管徑為經濟管徑。通過上表的計算分析，不僅可選擇其經濟管徑，并隨輸水距離增長和管徑減少，費用現值增長較快。因此長距離輸水管道宜根據工作壓力選擇較大管徑，減少管路阻力，降低年運行費，使費用現值最小。3長距離輸水管道工作壓力的選擇長距離輸水管道各段工作壓力不同，管道進口（泵站出口）壓力最大，管道出口壓力最小

10、，并受地形起伏的影響。設計過程中應根據工程具體情況計算出管道沿線的工作壓力，包括水錘壓力和檢修情況，以選擇管材壓力值。鋼管和球墨鑄鐵管強度高，管材工作壓力一般為1.6MPa，對價格影響較小，其它材料管道工作壓力不同對價格影響較大。預應力混凝土管工作壓力為0.41.2MPa，分五級；預應力鋼筒混凝土管工作壓力為0.42.0 MPa，分九級；玻璃鋼管工作壓力為0.62.0 MPa；聚乙烯管為0.61.0 MPa；高級聚乙烯管為0.42.0 MPa。上述管材工作壓力每提高一級，增加管材投資20%左右。因此長距離輸水管道設計中必須根據計算壓力值，分段選擇其工作壓力，達到安全與經濟的完美結合。4長距離輸

11、水管道防護技術與安全措施#4.1水錘的防護水錘是壓力管道系統防護的重要內容，在長距離輸水管道中，流速變化是經常出現的，管道中流速變化時，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，水柱就被拉斷，出現斷流空腔，在空腔處的水流彌合時將產生強烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動水錘、關閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化；關閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力；但由于突然停電或事故停泵所產生的水錘往往較大，水錘壓力值可達到工作壓力的1.53倍。一般采取技術工程措施加以防護，在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。34.2排氣閥的設置管道初次輸水時，管道內存有空氣，管道運行時，實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，必須重視排氣閥的設置，其數量應根據沿線地形、地質情況，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高點，在駝峰處布設排氣閥，防止管道的氣蝕和振動，以影響管道輸水及安全。4.3連通管的設置長距離輸水管道按有關規范規定，一般采用雙管線布置，以滿足檢修需要，檢修時供水量應不少于設計供水量的70%，為達到此目的，應在二根主管之間設置連通管