长距离泵输水工程管道经济管径计算

2020-11-19刘峰

陕西水利 2020年9期

刘峰

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

在高扬程、长距离输水管道的泵输水工程中，压力输水管道的投资占总投资的比例很大，管道的直径是影响管道投资的重要因素之一，管道经济口径的确定对保证正常供水和降低工程投资意义重大[1]。本文以新疆克拉玛依市中心城区供水系统工程为例，结合工程具体特点进行比选，探讨长距离供水工程管径选择的方法。

1 工程概述

克拉玛依市中心城区供水系统工程位于新疆克拉玛依区境内，供水系统工程包括：泵站工程、压力管线工程及高位水池。按照城市发展规划，区内的用水量需求是一个长期逐步增长的过程，根据规划部门的意见，泵站须为远期预留，确定泵站工程近期规模为10.0 万m3/d，远期规模为20.0 万m3/d，泵站按每天16 h 运行。

泵站近期设3 台泵，2 台工作泵1 台备用泵；远期共5 台泵，4 台工作泵1 台备用泵。压力管线工程包括新建5.9 km 管线及其构筑物，管道采用成品螺旋缝焊接防腐钢管，设计承压2.8 MPa。管线工程末端设4.0 万m3调节池。本工程中泵输水管道为埋地式压力管道，位于拟建调节池与泵站之间，高差约100 m，地形坡度1.5°左右。

2 管径选择原则

由于供水系统工程的压力输水管线长，管道投资大，须对其进行优化设计。在确定了管道布置线路及管材后，长距离泵输水管线管道直径的确定是主要任务。管道直径大，则水流速度小，水头损失小，相应的水泵提水所需的扬程低，耗电费用少，但管道投资大；管道直径小，则水流速度大，水头损失大，水泵扬程高，年运行电费多，但管道投资小[2]。

管径的确定，应满足以下原则：

1）管网任意处工作压力的最大值应小于该处管道的公称压力；

2）管道流速应大于不淤流速(一般取0.5 m/s)，小于最大允许流速（通常在 2.5 m/s～3.0 m/s）[3]；

3）设计管径须是已生产的管径规格；

4）在设计运行工况下，不同的运行方式时水泵应尽可能在高效区内工作[4]。

3 费用年值法

长距离泵输水工程管径选择通常采用费用年值法或费用现值法，这两种方法原理一致，都是以费用最少为原则得出最优管径[2]。年值法是将管道敷设总费用按等额分付现值折算成每年的等额的费用，再与年经营成本进行累加，即：

式中：WN为总投资年值，万元；CN为管道投资费用年值，万元；Ce为计算期内运行电费年值，万元；Cm为计算期内管道维护保养费用年值，万元。

年运行电费与系统供水量、水泵扬程、运行时间成正比，与水泵及电机效率成反比，年运行电费可用下式计算。

式中：Hst为泵站的净扬程，m；Q 为 Hst对应的泵站流量，m3/s；ρ 为水的密度，kg/m3；g 为每千克水所受的重力，g=9.8 N/kg。ηst为泵站效率值；t 为年运行时间，h；f 为电价费用，元/（kW·h）。

4 经济管径确定过程分析

以克拉玛依市中心城区供水系统工程为例，计算经济管径。泵站工程近期规模为10.0 万m3/d，设3 台泵，2 台工作泵1 台备用泵；远期规模为 20.0 万 m3/d，共布置 5 台水泵，4 台工作泵1 台备用泵。近期供水量为远期供水量的50%。供水方式从满足近、远期不同输水规模考虑，采用以下两个方案：1）近、远期共一根输水管，4 台水泵供一根压力管道方案；2）近、远期分两根输水管，2 台水泵供一根压力管道方案。近、远期工程建设期均为1 a，计算年限n 取20 a。