大伙房水库输水应急入连工程PCCP内防腐的研究

2011-05-31张大奇

东北水利水电 2011年11期

徐锋，蔡新，张大奇

（1.辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 110006；2.大连市供水有限公司，辽宁大连 116011）

1 问题的提出

大伙房水库输水应急入连工程是为了满足大连市用水需要而进行的一项应急工程。每年输水能力3亿m3。以碧流河水库为界，分为碧流河水库北段工程和碧流河水库南段工程，线路总长201.31 km。

其中碧流河水库北段工程输水线路全长165.07 km，包括输水管线150.96 km、输水隧洞14.11 km、加压泵站二处等。碧流河水库北段工程鞍山加压泵站至隧洞入口采取压力管线输水，一级加压泵站设在鞍山，与大伙房水库输水（二期）工程鞍山加压泵站相邻，一级加压泵站扬程90.52 m，二级加压泵站设在隧洞进口处，扬程为98.34 m。经一二级加压泵站加压后，通过123.21 km的输水管线送至隧洞进口，输水管采用PCCP，管径2.8 m。隧洞采用无压洞，洞长14.11 km。隧洞出口与碧流河水库之间用27.75 km的输水管线连接，送至碧流河水库，管径2.4 m，输水管采用PCCP。

由于一级加压泵站扬程高、流量大，造成输水管靠近泵站部分最高内水压力达到1.4 MPa，管道口径大，高压大口径故此为高难度系数管道，从而导致PCCP材料价格高、输水安全性也较差、电能消耗大。

为此，有必要采取合适的方法来降低水泵扬程，以解决上述问题。因此最主要的关键点就在于降低PCCP的n值，即对PCCP内壁进行喷涂处理。

2 PCCP内壁喷涂进展与趋势

1）PCCP的 n值

美国水工协会对已使用60年以上的管作测试，其C值达140～150，显示其压损低，适合远距离输送及重力流，且不随时间而变化，另钢筒与承插口构成密封状态，可以确保100%水封作用。《AWWA M9》中规定PCCP管道的糙率系数：PCCPL糙率系数n不大于0.014；PCCPE糙率系数n不大于0.011。PCCP内刷防腐涂料后，n值为0.085～0.010。

2）防腐材料类别

环氧树脂引水仓漆、无溶剂环氧防腐涂料、GZ-2新型高分子防腐涂料等。

3）工程应用

a）国内。深圳东江供水工程（一期工程两根DN2.6、双线PCCP管，只作单线防腐，长度11.2 km。二期工程单根DN3.6PCCP管，全部作内防腐，长度6.0 km）、江苏省海门市区域供水工程、广东省江门市引水工程、福建省福鼎市跨海引水工程等。

b）国外。越南胡志明市供水工程等（采用两根DN2.4、双线PCCP管，采用内防腐，总长度10.0 km）。

从了解到的已建工程中可知，目前还不存在PCCP管内防腐涂料脱落或失效的问题。

并且中华人民共和国国家标准《预应力钢筒混凝土管》制定委员会即将召开执委会，准备将PCCP管内刷防腐涂料作为一项专题，列入以后标准的改进内容中去。

4）经济性优势

a）节能。PCCP内壁作防腐处理，可较小n值，降低泵站扬程，节省电费。

b）省钱。较低泵站扬程可使输水管线整体的内水压力都要减少一个等级，降低管材造价。

5）国内调研情况

a）在深圳对东江供水工程进行了调研，东江供水管理处负责同志介绍了东江供水管道情况，一期工程两条管线采用了内防腐，另一条未设。目的是两者进行了比较，经几年运行情况看，管壁上附着物大量减少。如藻类及贝壳等附着物，设内防腐是很有利的。

b）PCCP管厂，新疆国统厂家技术总工介绍了PCCP生产工艺等情况，双方进行了座谈。由于管线中有多处交叉穿越建筑物，其采用材料为钢管输水，因此内防腐设置形成的低糙率受到一定的制约，有必要在PCCP中采用防腐材料减糙。

PCCP国家标准GB/T19685-2005规范编写者李世龙总工程师谈了其对PCCP内防腐设置的主要看法：

a）从技术上是可行的，由于糙率降低，必然节省动能。为此经济上是节省，且节能。

b）由于PCCP内壁为水泥基材质，属无机材料，内防腐材料虽为有机分子，但其两者是无化学反应的，不影响混凝土本身正常使用。且此防腐材料有较强的渗透性，能够渗入混凝土10 cm左右，对混凝土的微小孔隙进行填充，从而提高了混凝土的耐久性及结构安全性。

c）此技术在国内外均有应用：美国、欧洲各国有应用，越南有应用。国内工程如深圳东江供水工程等。

d）但采用的材料必须具有安全性，如满足卫生标准，附着力大等。

e）应进行经济分析，是否经济合理。

3 防腐材料选择原则

1）内防腐材料应满足中华人民共和国卫生部国产涉及饮用水卫生安全产品卫生许可要求。

2）施工工艺简单，可采用刷涂法、滚筒刷涂法、喷涂法。

3）经济合理。

4）耐久性应满足50年。

5）适应性，不产生化学反应等。

4 工程的适应性

1）工程管线布设概况

大伙房水库输水应急入连工程碧流河水库北段工程输水线路全长165.07 km，包括输水管线150.96 km、输水隧洞14.11 km、加压泵站二处等。碧流河水库北段工程鞍山加压泵站至隧洞入口采取压力管线输水，一级加压泵站设在鞍山，与大伙房水库输水（二期）工程鞍山加压泵站相邻，二级加压泵站设在隧洞进口前。经两级加压后，通过123.21 km的输水管线送至隧洞进口，输水管管径2.8 m。隧洞采用无压洞，洞长14.11 km。隧洞出口与碧流河水库之间用27.75 km的输水管线连接，送至碧流河水库，输水管管径2.4 m。

输水管除穿越铁路、高速公路、省国道、大中型河流采用钢管外，其余管材采用PCCP。

2）节能的可行性与必要性

从目前国内外能源紧张的局势来看，电费逐步提高的趋势已成事实，因此从长久来看，降低泵站扬程，减少运行费，势在必行，并且也更符合国家的产业政策。

5 工程利用合理性分析

1）经此次国内调研了解，并与有关实践单位及专家论谈，目前国内外PCCP内壁喷涂防腐材料的工程很多，特别是南方地区，已经形成共识。因此，PCCP内壁喷涂防腐材料不存在任何技术上的问题。

2）由于PCCP内壁比较粗糙，与内防腐涂料结合的密实度要比钢管高。因此，内防腐涂料与PCCP管结合的紧密性要比与钢管结合的紧密性要好，因此耐久性要好的多。

3）由于管材粗糙系数选取直接决定了工程的投资及运行费用，本着从节能及节省投资的角度考虑，本次设计对PCCP内壁刷防腐涂料与不作内防腐的方案作了比较。当采用内防腐方案n=0.010时，相同的输水规模（一年供水3亿m3），PCCP管内径可取DN2800，一级泵站扬程分为71.6 m，与不采用内防腐方案节省扬程18.92 m，管材压力等级降低一个等级。经比较结果见表1。

表1 N值不同情况下投资比较表（一年供水3亿m3）元

从管道运行安全上来考虑，不设内防腐方案输水管线的最高内水压力达到了1.4 MPa，采用内防腐方案输水管线的最高内水压力为1.2 MPa，并且采用内防腐方案输水管线整体的内水压力都要比不采用内防腐方案减少一个等级，因此采用内防腐方案要比不采用内防腐方案运行过程中的安全性要强。同时采用内防腐方案的泵站扬程减小18.92 m，运行费也最为节省。

同时，也对每年输水1亿m3与3亿m3水量每年节省电费的工况进行了比较，结果如下：输水量1亿m3/年，电费节省3 633 000元；输水量3亿m3/年，电费节省10 900 000元。