论长距离输水管道设计中应注意的问题

商海波

【摘要】随着水利部全面解决农村饮水安全问题目标的提出以及各地区国民经济的发展，城市建设规模不断扩大，工业建设速度迅速加快，人民生活水平也随之相应提高，城市工业和生活用水量急剧增加，城市用水的紧张状况日益严重。故不少城市、工矿企业及农村饮水不得不到数十公里甚至数百公里以外寻找能满足水量、水质要求的新水源，因而长距离输水工程也逐渐增多。

【关键词】长距离；输水管道

一、长距离输水管道管材的选择

常用的输水管道有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管、聚乙烯塑料管（PVC-U）、超高分子量聚乙烯管等，就上述管材选择说明比较如下。

1、钢管。

钢管应用历史较长，范围广，是一种传统的输水管材。管一般选用螺旋焊接与直缝焊接管，具有强度高、可靠性高、适应性强等优点，但耐腐蚀性差，使用寿命一般不超过25年。为延长钢管寿命，需对其进行防腐处理和保护，其方法可采用涂料加牺牲阳极的复合防腐措施。钢管内、外防腐采用国家卫生部许可的GZ-2新型高分子防腐涂料，内壁防腐级别为普通级，采用二底二面，漆膜干膜厚80～100μm；外壁防腐级别为重加强级，采用二布四油，漆膜干膜厚280～300μm；牺牲陽极保护块间隔一定距离通过电缆与钢管连接，加强钢管的抗腐蚀能力。通过涂料加牺牲阳极的复合防腐措施，可使钢管寿命达50年，但施工复杂，工期长，造价较高。

2、球墨铸铁管。

球墨铸铁管是上世纪九十年代广泛应用的输水管材，具有强度高、韧性好、延伸率大、耐腐蚀等特点，内壁衬水泥磨光防腐，外壁采用喷锌后涂沥青防腐，采用柔性T型接口，适应变形能力强，止水效果好，是一种较理想的输水管材。

3、预应力混凝土管。

预应力混凝土管按其生产工艺分两种，一种是一阶段管即一次成型；一种是三阶段管。预应力混凝土管因加工工艺简单，造价最低，但管材生产过程中存在弊病，如三阶段喷浆质量不稳定，易脱落和起鼓；一阶段管在施加予应力时不易控制，造成质量不稳定、不均一，且因重量大造成运输安装不方便，使其应用受到了限制，该管道为最经济的管材，可根据供水重要性适当选用。

4、预应力钢筒混凝土管（PCCP）。

预应力钢筒混凝土管是一种钢筒与混凝土制作的复合管。管芯为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm钢筒，在管芯上缠绕预应力高强钢丝，并在其外部**泥浆保护层。该管抗渗性能较好，接口采用钢制承插口，尺寸较准确，设橡胶止水圈，止水效果较好。1000mm以上管径具有明显价格优势。

二、长距离输水管道管径的选择

（1）长距离输水管道投资占输水工程的绝大比重，管径增大，管道一次性投资增大，管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，相反管径减小，可降低管道一次性投资，但管路阻力增大，年耗电量及年运行费增加。因此如何确定一个合理的管径，是长距离输水管道设计中的一项十分重要的工作。

（2）确定经济管径的方法可采用费用现值最小法。假设不同的管径，计算出管道的一次性投资，然后根据供水流量、管长、管径、管材计算净扬程，再由净扬程、流量等计算装机容量，从而计算年运行费，按费率和年限折现，求出费用现值，其中最小费用现值对应的管径即为经济管径。

（3）现以下列实例计算如下：供水流量500m3/h，全年供水，单根管道，输水距离分别为5Km、10Km及15Km，进出口水头差及出口压力值共计0.15MPa，管材为球墨铸铁管，糙率系数n=0.013，折现率i=6%，折现年限N=30a，折现系数13.76。

（4）管径为经济管径。通过上表的计算分析，不仅可选择其经济管径，并随输水距离增长和管径减少，费用现值增长较快。因此长距离输水管道宜根据工作压力选择较大管径，减少管路阻力，降低年运行费，使费用现值最小。

三、长距离输水管道防护技术与安全措施

1、水锤的防护。水锤是压力管道系统防护的重要内容，在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中流速变化时，致使管道中水的压力的升高或降低，在压力低于水的汽化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，形成水锤。水锤有启动水锤、关闭水锤、停泵水锤。一般启动水锤不大，只是真空情况下，管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化；关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力；但由于突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大，水锤压力值可达到工作压力的1.5～3倍。一般采取技术工程措施加以防护，在水泵出口处设置水锤消除器、缓闭止回阀、安全阀、超压泄压阀等形式以防止水锤危害。

2、排气阀的设置。管道初次输水时，管道内存有空气，管道运行时，实际上是水汽两相流。因此在长距离输水管道设计时，必须重视排气阀的设置，其数量应根据沿线地形、地质情况，合理确定管道的纵向布置，一般人为的每隔一定距离布置成一个高点，在驼峰处布设排气阀，防止管道的气蚀和振动，以影响管道输水及安全。

3、连通管的设置。长距离输水管道按有关规范规定，一般采用双管线布置，以满足检修需要，检修时供水量应不少于设计供水量的70%，为达到此目的，应在二根主管之间设置连通管，在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，共4个闸阀，以达到分段检修目的。连通管的数量可根据输水管线的长度，在分段检修情况下满足设计供水量的70%，经计算确定，一般设置3处连通管。

参考文献：

[1] 李炜等。《水力计算手册》（第二版），中国水利水电出版社，2006.