温泉水输送管道设计工程实例分析

文/张晓凤、刘琳 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300074

朱萍萍 辽宁省市政工程设计研究院有限责任公司海南分公司 海南海口 570100

尹利军 天津创业环保集团股份有限公司 天津 300074

温泉资源是一种珍贵的不可再生资源，由于温泉一般处于山区或者郊区，加上温泉水特殊的物理化学性质，输送管材的选择成为亟须注重的问题。管材的选择不当，则会产生腐蚀、爆管等问题，保温材料选择不当，则输送过程中的热量扩散会导致温泉水失去原有的温热特性。

本文通过具体的工程实例及运行状况，介绍温泉水输送管道的设计，供其他工程参考。

1、项目概况

海南省某旅游度假区地热温泉水储藏量较为丰富，是海南开发利用得最早最具规模的温泉。根据地矿局勘查及勘探报告，可开采量A+B+C级共计约7700m3/d。根据热矿水勘探报告及环境地质评价报告，该处温泉水的一处岩浆岩断裂构造带内的深循环裂隙水，水温大于40℃的热储范围约2Km2，其间10 个井控的井口温度平均为53 ℃，含氟5.24-9.82mg/L、偏硅酸84.5-141.7mg/L，属于氟、硅型温热级优质医疗矿泉水；其他温水井的井口温度25-31℃，含偏硅酸54.03-124.80mg/L，三个取放射性样品的水井分别平均含氡112BP/L、38.46BP/L和16.20BP/L，属于含氡、硅型温水级医疗矿泉水。

本工程设计规模为3800m3/d，管径DN200 ～250，全程管长7.938km，管道起点的温泉水接口点平均水温约为50℃，规范中对卫生器具的水温要求为30 ～40℃，考虑配水管的热量损失，确定输水管最不利点处用户最低水温为45℃。保温要求温度降低值小于0.63℃/km。

2、管材的选择比较

2.1 管材选择原则以及特殊要求

输水管道选择管道材质过程中，应考虑封闭性能高、管道的内壁既要耐腐蚀性强，又不会向水中析出有害物质、水力条件好、工程投资省等原则。同时，温泉水输送管与常规的给水输送管材相比，应具有抗压强度大、化学稳定性高，不易腐蚀的材料热传导系数低、内壁应光滑不易附着水垢、线膨胀系数小等特点。

2.2 管材优缺点概述

目前国内较常用供水管道的材质主要有钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢管（GRP）、热塑性塑料管及钢骨架增强复合塑料管。其各自优缺点如下：

2.2.1 钢管（SP）

其优点是机械强度高，承压能力强，耐震动，方便施工，适应性强，多用于地质、地形条件复杂状况，一般时，多采用钢管。缺点是价格较高，易结垢，须做好内外防腐。

2.2.2 离心球球墨铸铁管（DIP）

优点是具有优良的机械性能，承压能力强，密封性能好，供水安全性高；一般在生产过程中已进行防腐处理，无需另做防腐；且一般球墨铸铁管价格较钢管低。其缺点是管材重量较大，DN400 以下管件价格偏高。

2.2.3 玻璃钢管（GRP）

玻璃钢管的主要优点为重量轻、耐腐蚀、安装方便、维护费用低，其管内水力条件好，且清洁无毒。缺点是该管材存在易老化、配套管件少且加工不便，对基础和回填要求高。

2.2.4 热塑性塑料管

热塑性塑料管一般包括硬聚氯乙烯管（UPVC）、高密度聚乙烯管（HDPE）、聚乙烯管（PE）、聚丙烯管（PP-R）、工程塑料管（ABS）等。该类型管道内壁光滑，水力条件好，耐腐性能好，质轻方便加工，价格低，缺点是管材强度低、质脆、抗冲击性能低，耐热性差，热胀系数大，多用于小口径管道（≤ 400mm）。且一般热塑性塑料管的适用温度小于45℃。

2.2.5 钢骨架复合塑料管

钢骨架复合塑料管既有金属管材机械性能高、承压力强、耐高温等特点，又有非金属管材内壁光滑、耐腐蚀、水力条件好等特点，且户外施工方便，其管道寿命可达50年以上。多用于中小口径管材。

2.3 温泉水输水管材确定

钢骨架复合塑料管较之于单纯塑料管道抗压性能出众，爆管发生可能性大为降低。相较于金属管具有保温性能优良的特点，用作基材的高密度聚乙烯导热系数为0.48W/m2k，钢管导热系数为46.06W/m2k，仅约为钢管导热系数的1%。

钢骨架塑料复合管与同口径的衬水泥砂浆的金属管相比，其阻力损失仅为其48%，为此，运行费用低，且耐温性能好、热传导数低、热膨胀系数小、安装便捷、抗腐蚀性强，综合考虑管材性价比，具有较明显的优势。本工程温泉水输送管选择钢骨架塑料复合管。

3、管道保温设计

为保证温泉水用户点的温度需求，必须对输送管道进行保温设计。管道的保温一般由保温层和保护层两部分构成。

3.1 保温层材料的选择

适用于管道的保温材料主要有：岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫等。

聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。具有重量轻、可加工性好、致密性高、导热系数低（0.022 ～0.033W/（m＊Κ）），保温隔热效果好的优点，在供热工程中也有广泛的应用。

本工程采用聚氨酯硬质泡沫作为保温层。

3.2 外保护层的确定

适合于埋敷设的管道外保护层有钢管和塑料管两种。钢管较塑料管机械强度高，但是价格贵，且需要进行防腐处理。因此，本工程一般路段采用高密度聚乙烯套管作为保护层，在浅埋过公路段采用钢管做外保护层。

3.3 管道设计

本工程温泉水输水管道采用钢骨架复合塑料管+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯套管，管道断面见图1。管道全线直埋敷设，由于现场保温很难保证厚度均匀，供水管道及其附件应在到达现场前就做好预制保温，将工作管套入外保护管，然后在两管之间注入聚氨脂硬质泡沫塑料（保温层）。管子接口处现场发泡保温。

为保证最不利点温度，应控制单位温降不大于0.63℃/km。以此基础计算管道热损失应控制在小于462kW。

经计算，管道保温层厚度及保护层外径见表1。

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结论：

本工程温泉水输送管道全线直埋敷设，采用钢骨架复合塑料管+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯套管的保温管道输送温泉水，管道最不利点温度达到45℃以上，满足设计及使用要求，管道运行8年以来无任何事故，对以后的类似工程提供了借鉴意义。