大口径输水工程管材的选择

2016-02-16杨建新

供水技术 2016年6期

关键词：夹砂钢筒玻璃钢

杨建新

(天津市自来水集团有限公司，天津300040)

运行管理

大口径输水工程管材的选择

杨建新

(天津市自来水集团有限公司，天津300040)

对钢管(SP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管(RPM)这4种常用的大口径输水工程管材，结合工程实例从工程特点、水力条件以及经济指标等方面对管材的选择进行了综合分析,可为同行业相关工作提供一定参考。

输水管道；大口径；管材；比选

随着城市用水量的不断增加，大口径输水工程逐年增多，管材的选择对节约投资、施工便利、安全运行等具有重要的现实意义。大口径输水工程中常用的管材有：钢管(SP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管(RPM)等。笔者就工程特点、水力特点、经济指标方面介绍了管材选择原则。

1 管材比选

1.1 管材的工程特点

(1)钢管

钢管一般具有较强的刚度，可以承受较大的内外压力，可以加工成各种形式，适用性极强。钢管一般多用于穿越障碍以及地理环境复杂的区域。为了增加使用寿命，在实际应用中需要对钢管进行阴极保护且目前的发展技术已经相对成熟[1]。

(2)预应力钢筒砼管(PCCP)

预应力钢筒砼管由薄钢板焊接成筒状，再对内外层浇筑混凝土，然后在混凝土外层缠绕预应力钢丝用砂浆做保护。

从性能上看，PCCP管抗渗性能高，能承受较高的内外荷载。PCCP管具有自动对中的承插接口，安装方便，在承插结构处采用橡胶圈密封，密封性极好，且具有抗震性能好、耐腐蚀性强的优点。从PCCP管的结构形式还可以看出，该种管材不易污染水质，使用寿命长，基本上是钢管的两倍。但PCCP管自身重量极高，施工难度大[2]。

(3)球墨铸铁管

球墨铸铁管具有较强的刚性和延展性，以DN2600口径球墨铸铁管为例，其最小抗拉强度为420 MPa，最小屈服强度为300 MPa。其硬度相对较低，因此施工方便，目前在给水工程中得到了广泛应用。

球墨铸铁管采用水泥砂浆内衬，因此耐化学腐蚀以及电腐蚀能力都优于钢管，一般无需担心电腐蚀情况的出现。水泥砂浆内衬还可以有效保护水质，防止输水过程中的水质污染。

(4)玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管是玻璃纤维与合成树脂的复合体，综合了纤维高强度和合成树脂粘合力与耐腐蚀好的优点，并且强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长、重量轻、便于施工安装。玻璃钢夹砂管的结构决定其具有较高的流通性能，内壁光滑、粗糙系数低[3]。

1.2 管材水力特点

从4种管材的工程特性分析可以看出，4种管材的水力特点可以归结为两类：第一类为流通能力较高的管材；第二类为流通能力一般的管材，划分的主要依据是各管材的管壁粗糙系数。第一类管材粗糙系数不超过0.009，包括玻璃钢夹砂管；第二类管材粗糙系数在0.0125左右，包括钢管、预应力钢筒砼管和球墨铸铁管。较小的粗糙度可以有效降低供水过程中的沿程水头损失，当流体以相同的流量通过不同管材的管道时，玻璃钢夹砂管口径可以减小，从而有效节约材料、降低造价，同时减少泵的动力，节约能源[4]。

1.3 管材经济指标分析

以当前市场调查结果为依据，不同管材的直接费用统计如表1所示。从表1可以看出，几种管材造价高低依次为：球墨铸铁管、钢管、玻璃钢夹砂管、预应力钢筒砼管。

表1 不同管材直接费用对比

2 管材选择综合分析

大口径输水工程管材的选择应综合考虑技术、经济、管材性能、所能承受的工程荷载、管材管件的来源、运输费用的高低、工程造价的高低、施工的便利性、使用年限的长短、管理工作量的大小等因素。

根据大口径输水工程的特点，管材的选用应当考虑工程的规模、重要性、工作压力、工程地质情况、工期要求、资金来源等内容。一般而言，钢管、球墨铸铁管、PCCP管比玻璃钢夹砂管安全性更高，适用于工作压力较高的情况。

钢管的使用要特别注意管道的内外防腐，防腐质量的高低直接影响到钢管在输水工程中的使用寿命，目前使用比较广泛的两种有效的阴极保护方法为牺牲阳极和外加电流。

球墨铸铁管是近年来使用较多的一种管材，但是从管道特性和管道价格上可以看出，球墨铸铁管更适用于口径小于1 000 mm的情况。

PCCP管是一种相对经济的管材，在该管材使用之初，为了保证输水的安全性，口径一般不宜超过2 000 mm。但随着新技术的发展，在国内外已有4 000 mm口径的PCCP管线运行成功的案例出现。

玻璃钢夹砂管的应用也比较广泛，但在应用于实际工程之前一定要做好出厂管材的质量检测，根据不同的工程特点选择合适的刚度，输水管材的刚度一般不应<5 000 N/m2。在土壤腐蚀性比较强的区域，钢管和预应力钢筒混凝土管会受到一定的限制，而玻璃钢夹砂管就会得到广泛的应用[5]。

3 工程实例分析

某市新建西河泵站至宜兴埠泵站原水管道工程，是该市南水北调市内配套工程的重要组成部分。工程全长约11.7 km，工程起点为西河泵站，依次穿越子牙河北岸、小辛庄大街、朝阳寺大街、志成道快速路等施工难点，再沿外环线、京津塘高速公路最终达到宜兴埠泵站，总输水能力110×104m3/d，管道口径DN2600。根据新建西河泵站的水位标高、宜兴埠泵站前池水位的标高，通过对管道损失的验算，该管道的出水压力控制在0.3～0.4 MPa。该工程即为典型的大口径输水工程，工程投资高，因此必须对管材选择进行综合分析。

3.1 管材选择原则

新建西河泵站至宜兴埠泵站原水管道工程输水管线距离较长，投资大，因此必须对工程造价进行合理确定，确保技术先进，施工便捷，运行安全，对水质污染程度低，且使用寿命长。

结合城市输水的特点，不难看出管材的安全可靠性是工程的生命线，一旦出现大口径输水管道爆裂，将会对生活生产带来巨大损失，管线周围的建筑也将受到冲击。因此对于大口径输水管线来说，管材的质量是进行管线选择时考虑的首要因素。

3.2 管材的确定

管材选择中质量的考核，不仅要对管材的生产工艺、原材料以及出厂质检报告进行考核，还需要对其实际运行中的稳定性进行考核，尤其是常年运行的稳定性。另外还需要对管材的价格、使用寿命、运行费用、施工便捷性、施工费用等进行综合对比。

通过对几种管材的比较，工程难点部位采用钢管，外防腐采用环氧煤沥青特加强级，内防腐采用水泥砂浆衬里，再配合阴极保护措施；在施工条件好的地段，可选用PCCP管。其中PCCP管长度为3 906 m，钢管长度为7 948 m，钢管防腐采用阴极保护措施，采用平行式地床与管道同槽铺设、同时施工。阳极间距为200 m，全线共70支，电位分布均匀。同时，合理布置阀门、伸缩节、排气阀、泄压阀等，有效降低管道水锤事故发生，确保管线运行的安全性。