关于工厂管网优化的相关研究

关赛赛 李虹 黄博

（河钢集团邯钢公司能源中心，河北邯郸 056000）

0.引言

随着社会的不断发展，工厂的给排水管网设计不断地更新迭代，将污水站、软水站、还有相关的水站和泵站连接成为一个不可分割的系统。如设计不合理或者管材选用不适用将直接导致水压不够，流量不够甚至频繁的破裂。这就会导致后期维修成本的增加、过多能源的浪费，严重时会直接影响工厂的生产环境甚至为危及人们生活安全。由此可见优化、改善工厂的给排水管网的设计显得尤为重要。

1.工厂给排水管网的现状

下面以某大型钢厂的给排水管网为例说明整个给排水管网存在的问题。当前整个给排水管网每年会出现各种各样的问题，如管道破裂、管道变形、管道需要频繁改造等。而管道破裂有以下几种原因：

（1）内部介质腐蚀破裂；（2）内部介质压力过大而胀破；（3）管道上方压力过大导致管道被压破；（4）焊缝等接口处质量不合格导致管道漏水；（5）管道所处环境由于潮湿而导致管道被氧化而破裂等。

这些问题不但造成大量水资源的无端浪费，还造成大量的经济损失，还会对整个生产环境造成不可估量的损失。在连续暴雨的季节有的地方的排水不当而导致地面大量积水，有的地方积水深度过高而会影响大家的正常通行甚至有淹没相关设备的危险。经过2018年的统计，一年内共发生43次管道破裂，连续雨季发生5次雨水排放不及时直接或者间接造成一定经济损失。

2.给排水管网的优化设计

结合工厂内的管网存在的一系列问题，我们研究小组展开各项试验和讨论，最后总结要想从根本上解决以上各种问题需要从以下几方面做优化和改善。

2.1 结合介质的成分、流速、压力等技术参数合理选用管材

对于管道材质要求我们必须做到安装方便、后期运行可靠且维护工作量不大，同时还需要满足化学性质稳定，耐腐、质轻、韧性好、寿命长等特点。给排水常用的管材分为金属管、塑料管和复合材料3大类[1]。

（1）金属管。目前常用的金属管主要有：钢管、铜管镀、锌管、铸铁管。钢管分为焊接钢管和无缝钢管，钢管具有强度高、耐振动长度大接头少且易于加工的优点，主要用于输送介质压力比较高的管道。铜管造价相对较高，多数情况用于热水方面的输送管道。铸铁管包括灰口铸铁和球墨铸铁，具有铁的材料，却具有一定的钢的性质。成本比钢管低但承受压力相对较低，所以一般用在压力相对较低的给排水管网上。（2）塑料管。用于大多数用于给排水工程的塑料管有PE管、UPVC管、PP-R管、PB管、PEX管、PP-C管等。塑料管有一下优点：重量轻，内壁光滑摩擦阻力系数小，便于运输和安装，防腐性能优于金属管。但是缺点是承受压力相对弱于金属管。（3）复合管。1）玻璃钢管（FRP管）：玻璃钢管属于热固性塑料管。玻璃钢管具有质量较轻，承压能力高等特点，并且内壁光滑、耐腐蚀能力强，后期施工安装方便，但该管造价高于钢管。2）耐冲击UPVC管：耐冲击UPVC管是将成型的UPVC管通过物理方法和化学方法两种方法进行处理，形成具有高密度硬质中心层和耐冲击内外硬质层的三层结构，这样便可以改善普通UPVC管抗低温强度低的严重缺陷。通过我们相关工作人员的现场试验，最终证实这种3层结构的特殊构造的确比传统铸铁管拥有更高的耐冲击强度和拉伸强度。3）衬塑铝合金管：衬塑铝合金管是由铝合金外层和聚丙烯内层通过金属加工复合而成，故该管的性能和铝塑复合管的所有性能基本相同。

2.2 合理的管路设计

对于新建的给排水管路，图纸设计必须得到各个单位的重视。施工之前，施工单位、用户、设计单位以及监理单位等各方单位对施工图纸进行分析和交流，加强对图纸的理解，确定最优设计方案。目前很多用户在设计管线时，仅仅考虑该管线如何最优，这样是远远不够的。除此之外还需考虑，厂区后期的建设、其他相邻管线的泄露是否对其影响，若在地下承受压力是否会有变化等。确保管线做到最优设计，这样会减少后期很多的维修问题和改造成本[2]。

2.3 确保工程质量的安全施工

施工过程中如发现的确无法按照设计图纸施工，则停止施工会同各方单位开会讨论，最终由设计单位进行设计变更并做好相关记录。管道施工过程中如发现任何质量问题，立即停止施工，将问题上报，然后会同各方单位，找出合理的处理方案，待问题解决后方可继续施工。

加强完全管理包括：（1）施工过程中，施工单位绝不允许出现违章作业，一经发现立即停止施工、整改。（2）监理对施工单位进行现场监督和指导，对不符合规定的施工和设施，有责任制止其施工。（3）施工单位在进行各工序交接时，必须做好安全技术交底。（4）还有施工过程中可能出现的其他安全注意事项如高空坠物，砸伤以及消防方面的安全问题。一系列安全措施做好之后方可施工。

2.4 给排水管线技术的改善

（1）合理设计管线走向。通过合理设计管线走向便可以减少很多弯头、变径等构件，还可以避免较多的管线交叉，减少在各个构件处的局部阻力和：沿程阻力，极大的减少水在流动过程中的水头损失，便实现了对投入成本的节约。（2）加设补偿器（伸缩管、方形补偿器等）、排气阀。从工厂给排水管道破裂的原因来看，大多是因为脆弱接口处轴向应力过大而超过管道的应力极限导致管道破裂。所以要解决类似问题就需要将过大的应力进行转移。这就需要在个别应力较大处或者间隔一定距离需要设置一定的将过大的应力吸收的补偿器。另外在地形不平处需要在最高处设置排气阀将管道的气体排出防止气体进出水泵损坏设备。（3）增设各类阀门井、仪表井。众所周知，各类阀门、仪表由于经常操作安装在室外虽然易于操作但是暴露在室外由于长期受雨淋暴晒会使出现故障的概率增大，而集中设置在构件井内，便会很好的避免该类问题，还会避免，由于其他施工导致的各种不经意损坏等。另外还有很多技术方面的问题需要改善如合理设计水流速度能够将水力损失降低到最小，也能极大的降低水利成本[3]。总之，现场情况变化万千，遇见问题多方讨论，集思广益，确保工厂整个给排水管网在安全的前提下，以最小的成本能得到最大的收益。

3.结语

给排水工程对与整个社会和人类的生活密切相关，国家对于这方面每年投入巨大，所以对于给排水整个管网的设计和优化显得尤为重要。本文主要以某钢厂为例说明目前给排水管网系统存在的一些问题，以及改善的方法进行分析，主要的设计和优化方向在于：（1）结合介质技术参数合理选用管材；（2）合理的管路设计；（3）安全施；（4）管线技术改善。

给排水整个系统都是相通的，贯穿工厂生产用水、生活用水、市政用水以及各种雨水污水排放等各个方面，希望各行业水利相关人员能够重视，在日后提高整个给排水管网的管理维护的设计优化，提升整体完全运行能力，以保障工厂生产用水、人们生活用水安全；各类污水、雨水合理安全排放，以保障人们日常生活、生产，推进社会发展。