山区地带供水管材选择探讨

王保学

(长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉 430010)

山区地带供水管材选择探讨

王保学

(长江勘测规划设计研究有限责任公司,武汉 430010)

由于山区地带特有的水源条件和地形条件,输水管材的选用十分重要。水管的选择要综合管材的性能、卫生、价格、运输、安装维修等多种因素加以考虑,这样才能选出合理的最佳管材,并避免由于管材选择不佳而导致的各种直接与间接损失,从而达到最为满意之效果。该文通过分析和计算,得出给水管材适宜的选择方法。

山区地带; 管材; 选择

1 工程规划概况

工程规划对象为四川山区地带一个农村移民安置点,需要供给1 300人生活用水及2 000亩土地生产用水。取水水源为一个小型水库,取水口位置高程比安置点净水站高程高280 m,可通过重力流引水。输水管沿线穿越段属中山地貌区,部分地形陡峭,有深切的“V”形沟谷,根据地形地貌特征,将沿程管线分段规划设计,并设置相应的减压设施。

根据工程实际情况,供水工程的特点及对供水管材的要求如下:①取水点与净水站位置高差大,要求管材承压抗震性能好、使用寿命长;②工程规模较小,建设方要求施工工期短、管材综合造价低;③工程区地形地质条件较复杂,要求管材便于采购、运输、安装及施工;④山区交通不便,要求管材维护运行管理方便。

2 给水管材性能及特点

目前市场上给水管材很多,根据山区地带特点及当地实践经验,此工程给水管材主要选择有钢管、球墨铸铁管和高密度聚乙烯(PE)管,以下简要介绍三种常用管材的特性,其性能特点比较见表1。

1)钢管:普通无缝钢管的最大优点在于其力学和机械性能优越,可以承受高的内外压力,管身的可焊性方便制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用。缺点:造价较高,易腐蚀,必须对内、外壁进行防腐处理。

2)球墨铸铁管:球墨铸铁是一种铁、碳、硅的合金,其中碳以球状游离石墨存在,具有较高的耐久性能及防腐性能。球墨铸铁管具有较高的抗拉强度和延伸率,具有较好的韧性、耐腐蚀、抗氧化、耐高压等优良性能,其外表喷涂沥青或其它防腐材料,内壁采用水泥砂浆衬里,均在工厂生产线上完成,现场施工方便,不需要焊接和防腐处理,其使用寿命接近50年。球墨铸铁管有较强的承压性能、抗震性能和密封性能,其接口为柔性接口,拆装方便,承受局部沉陷的能力好。缺点:球墨铸铁管的连接受人为因素如操作水平、责任心等影响较大,施工方面不如PE管便捷;对于较软弱管基,接口处容易产生变形。

3)PE管:高密度聚乙烯(PE)管,根据生产管道的聚乙烯原材料不同,分为PE63级、PE80级、PE100级及PE112级聚乙烯管材,目前给水中应用的主要是PE80级、PE100级,其优点是①良好的卫生性能:PE管加工时不添加重金属盐稳定剂,材质无毒性,无结垢层,不滋生细菌,很好地解决了饮用水的二次污染;②卓越的耐腐蚀性能:可耐多种化学介质的腐蚀,无电化学腐蚀;③长久的使用寿命:额定温度压力状态下,PE管道可安全使用50年以上;④较好的耐冲击性:PE管道韧性好,抗冲击强度高、耐强震、扭曲;⑤可靠的连接性能;⑥良好的施工性能。⑦小口径PE管在性能价格比上优于钢管和球墨铸铁管。缺点:①耐压能力较钢管、球墨铸铁管低,常规PE80级管最大耐压能力为1.25 MPa;②一般要求地埋敷设,如果明设,在阳光暴晒的情况下很容易老化。

通过对以上3种管材的性能分析,建议此工程选取PE管和球墨铸铁管作为给水管材。

表1 钢管、球铁管、PE管的总体性能特点比较

3 管材水力计算及规格选择

管材规格包括管道直径、壁厚,其中管道直径关系到管道过流能力,壁厚涉及管材的承压能力。1)管道直径

管道直径按照选定管道流量按下式初选管径

式中,q为管段流量(m3/s);D为管道内径(m);v为管道流速(m/s)。根据相关规范及工程经验,为了防止管道因水锤出现事故,管道设计流速不宜大于2.5～3.0 m/s;输送原水的管道,为了避免水中悬浮杂质在管道内沉积,最小流速通常不小于0.6 m/s。

2)水头损失

沿程水头损失、局部水头损失分别按下式计算

式中,hf为沿程水头损失(m);L为管道长度(m);d为管道内径(m);v为管道流速(m/s);λ为沿程阻力系数;ξ为局部阻力系数;C为谢才系数;R为水力半径(m);n为管道糙率,PE管道的糙率取n=0.009,球墨铸铁管的糙率为n=0.014。

3)水击压强

有压管道中的水击现象主要外界因素导致管道流速突然变化,引起压强急剧升高和降低交替变化,最终可能导致系统破坏,考虑有压管道中,通过对供水系统进行分析,引起水锤的因素主要为开启/关闭阀门时,管道非恒定水击现象,关阀的速度影响最大。

根据水锤计算公式及不同管材的特性系数计算出输水管线各管段最大水击压强及最大动水压强,一般在液压系统中把速度控制在4.5 m/s以内,ΔP不超过5 MPa就可以认为是安全的。

4)设计方案

由于生活用水需要每天输送,而生产用水仅在灌溉季节或农作物需水时输送,为保障安置点生活饮用水的质量,且方便运行管理,居民点生活供水与生产供水可采取分管方案。小口径PE管在性价比上优于球墨铸铁管,为便于管线的分段减压设施布置设计,生活及生产供水管道均采用PE管。

输水管道最大落差约280 m,超过常规PE管道最大承压力,因此需要设置减压设施。考虑到所选管材的承压能力、地形地质条件、管道末端富余水头及运行安全等方面因素,将整个输水管线划分为六个区段,每段管道的最大工作压力不超过1.6 MPa,输水管线分段详见表2、表3。

表2 生活用水管线分段表

表3 生产用水管线分段表

计算结果表明,生活供水管道,前五段采用dn90×5.4 mm、PN1.0的PE100管道,第六段采用dn90× 8.2 mm、PN1.6的PE100管道,可以满足生活供水要求。生产供水管道,前五段采用dn355×21.1 mm、PN1.0的PE100管道,第六段采用dn400×36.3 mm、PN1.6的PE100管道,可以满足生产供水要求。由于dn400、PN1.6等级PE100管道造价较高,方案比选后第六段选用DN350球墨铸铁管。

4 结 论

根据山区地形地质特点,居民建筑群落较小、较分散,对应的供水工程规模不大。点外水源一般选择位置较高的水库、河流或山泉,因此供水管材选用应综合考虑管道的承压抗震性能,采购、运输、施工方便,卫生条件,运行可靠性,综合造价等各方面因素,从而实现给水管道运行安全可靠、经济合理。

由于目前的市场上管材品类繁多,且质量不一,所以在选择管材时应该结合工程的实际情况,并对管材的各种性能进行综合考虑,从而选择出科学合理、性能优异的管材。通过该文的分析与计算可知,山区地带供水管材宜选用PE管、球墨铸铁管和钢管,通过相应的经济技术比较,选择出相应的最佳管材。

[1] GB 50013—2006,室外给水设计规范[S].

[2] 仇少云.浅谈市政常用给水管材的性能及其选择[J].城市道桥与防洪,2013(11):168-169.

[3] 郑建民.球墨铸铁、钢制、聚乙烯三种室外给水管道选材与施工方法对比[J].中国科技博览,2009(17):18-19.

[4] GB 50268—2008,给水排水管道工程施工及验收规范[S].

[5] GB 50015—2003,建筑给排水设计规范[S].

[6] GB 50014—2006,室外排水设计规范[S].

Discussion on Selection of Water Supply Pipes in the Mountain Regio

WANG Bao-xue
(Changjiang Institute of Survey,Planning Design and Research Co,Ltd,Wuhan 430010,China)

Because specific water conditions and terrain conditions in the mountain region,it is very important of the selection of water supply pipes.The performance,health,price,transport,installation,repair and other factors should be considered to select the best pipe reasonably,and avoid the various material selection caused by poor direct and indirect losses,so as to achieve the most satisfactory results.In this paper,through analysis and calculation,we get appropriate selection method of water supply pipe.

mountain region; supply pipes;selection

2014-08-11.

王保学(1980-),工程师.E-mail:whutwbx@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.039