大口径长距离输水管道优化设计探讨

杨骏

摘 要：城市的输水管道为人们提供了便利的生活条件，是现代化社会城市建设的重要组成部分。输水管道设施在建设中往往会花费大量的时间、人力、物力，尤其是大口径长距离的输水管道。因此，为了减少经济成本，提高建设效果，对其优化设计探讨很有必要。

关键词：大口径;长距离;输水管道;优化措施

1 大口径长距离输水管道选址原则

在管道选址过程中需要设计多种综合性的设计方案，选择合理的、与实际情况匹配的大口径长距离管道建设位置能够提高管道建设的安全性，降低建设成本，减少建设时长，同时有利于后续管道维护和检修工作的顺利进行。通过查阅相关资料，结合实际工作经验，大口径长距离的输水管道在建设过程中需要遵循以下位置选址原则：

1.1 在进行管线位置的選择时，需要结合实际的城市建设现状和道路规划设计情况，尽可能选择靠近用户使用点的位置展开后续施工，并根据现场实际情况对管线设计进行及时的优化和调整。

1.2 与各种障碍物保持适当距离，如河流、公路、铁路等，并且在公路和铁路的一侧埋设，减少由于复杂地质条件造成的施工限制，为后续维修工作创造便利。

1.3 为了提高输水管线的经济效益，降低不必要的经济成本浪费，需要在管线选择时尽可能的使用较短的输水线路。同时，保护生态环境，尽可能的避免占用农田，减少住户拆迁的现象发生。结合当地的实际城市乡镇建设规划，降低输水管道穿越障碍物的次数。

1.4 避开导电率高的土壤腐蚀严重地区，降低管道的腐蚀破坏。

1.5 选择水利条件好，管理设施齐全的地区，加大管道设施管理效果。

2 输水管材的选择

管道材料是管道建设的核心因素，优化大口径长距离输水管道需要从管道材料的选择入手。性能优异的管道材料能提高其输送水源的安全性能，保障人们生活用水的稳定性。随着现代科技的不断发展，管道材料的选择也更加多样，目前我国常用的大口径长距离输水管道的材料包括钢管、预应力钢筒混凝土管、玻璃钢夹砂管和球墨铸铁管等。具体的管道材料性能优缺点比较如下表1所示：

2.1 球墨铸铁管优异性能分析

结合实际的管材施工管理经验，在实际的大口径长距离输水管道设计过程中往往选用球墨铸铁管。球墨铸铁即DIP，其主要由生铁作为主原料，内部含碳量在3.5%至4.1%之间。球墨铸铁管在制造过程中，进行了专业的球化处理，并且在基本管材形状形成后进行二次退火处理，有效提高了管材整体的金相组织分布密度，使得其具备更加优异的稳定性和延伸性。由于输水管道长期深埋地下，土壤中的化学物质会对管道造成严重伤害。尤其的酸性土壤，为了提高管道安全性能，需要在优化过程中着重选择耐腐蚀性高的管道材料。根据我国ISO2531标准管理试验，球墨铸铁管的稳定性与钢管稳定性相同，并且具备更加明显的耐腐蚀效果。这些优势特点能够使得球墨铸铁管在实际的输水管道建设中，延长埋地使用寿命，提高输水管道综合性能。同时，球墨铸铁管的管壁厚度较低，为后续开展相关内壁水泥凃封工作提供了保障。除此之外，球墨铸铁管使用T形的滑入式接口，并且使用橡胶圈进行止水，不容易发生漏水现象，整体的机械加工性能优异，能够实现焊接、切割、钻孔等输水管道施工内容，有效减少了后期管道实际使用过程中发生漏水的情况。

2.2 管材水头损失计算

为了使输水管材的选择过程更加专业，可以对不同的管道材料水流量进行计算，水流量计算公式为：

Q=k/n*D8/3*IO.5

式中Q代表流量，单位为m3/s;k代表一般常数;n代表粗糙系数;D为管道直径;i为水力坡度指数。在管道直径、水流量大小相同的情况下，球墨铸铁管产生的水头损失最小，说明其具备优异的输水效果，能够减少由于出现漏水、渗水等问题为企业带来的经济损失，值得在实际大口径长距离输水管道建设中被广泛应用。

3 管道排气阀及泄水阀优化

由于大口径长距离的输水管道在实际应用过程中常常会受到地形影响，使得水中常常掺杂着一些气体。这些气体在长时间的水流过程中被释放，导致在地形最高点也就是管道起伏的顶部，形成阻力压缩过水截断面，造成输水损失。因此在管道建设过程中尤其是大口径长距离输水管道，必须在管段高处安装排气阀，用来排出管道内的气体，同时结合检查孔进行综合考虑。总的来说，排气阀的造价成本对于整体的输水管道工程经济投入影响较小，但是对其安全和稳定运行效果起到至关重要的作用。如果管道排气效果较差，会导致爆管、管道接口松动和漏水等事故发生，使得整体输水能力大打折扣，提高维修经济投入，降低管道使用时长。输水管道在坡度小于1‰时，一般每隔一公里左右可以安装相应的排气阀。针对排气阀门的选择，往往选取防冻型，并且根据管道实际的起伏效果进行数量的调整，必要时需要结合专业的水力计算，提高排气阀使用效果。

除此之外，还需要在管道的最低点，安装泄水阀，用于检修放水。输水管设置的位置和数量，应按两个检修阀之间所限定检修段的地形和防水条件确定。同时，根据泄水阀水力效果进行直径的选择和确定，一般选取主管道直径长度的20%至25%之间。针对大口径泄水阀的选取，往往使用手动阀门，并且要对其密封性能进行严格的检查和管理，避免出现泄露问题，提高其可靠性能。

4 结语

综上所述，大口径长距离输水管道的设计优化可以从管道选址、管材选择和相关排气阀泄水阀的安装等各个环节来实现。为了提高输水管道的综合性能，相关供水企业需要不断开发新型技术，因地制宜的开展施工，合理选址建材，增强管道与实际地区情况的匹配程度，为人们提供更加便利的输水条件。

参考文献：

[1]张吉星. 化工工程设备管道与材料优化设计研究[J]. 化工管理， 2018（36）.

[2]徐立新. 长距离大口径输水管道的优化设计[C]// 2005.

[3]张卫金， 王艳娥， 徐立新， et al. 长距离大口径输水管道的优化设计[J]. 水利水电工程设计（4）：29-30.

[4]丰文俊. 长距离大口径输水管道设计施工方案研究[D]. 东南大学， 2015.