大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程PCCP內(nèi)防腐的研究

徐 鋒 ，蔡 新 ，張大奇

（1.遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大連市供水有限公司，遼寧 大連 116011）

1 問題的提出

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程是為了滿足大連市用水需要而進(jìn)行的一項應(yīng)急工程。每年輸水能力3億m3。以碧流河水庫為界，分為碧流河水庫北段工程和碧流河水庫南段工程，線路總長201.31 km。

其中碧流河水庫北段工程輸水線路全長165.07 km，包括輸水管線150.96 km、輸水隧洞14.11 km、加壓泵站二處等。碧流河水庫北段工程鞍山加壓泵站至隧洞入口采取壓力管線輸水，一級加壓泵站設(shè)在鞍山，與大伙房水庫輸水（二期）工程鞍山加壓泵站相鄰，一級加壓泵站揚(yáng)程90.52 m，二級加壓泵站設(shè)在隧洞進(jìn)口處，揚(yáng)程為98.34 m。經(jīng)一二級加壓泵站加壓后，通過123.21 km的輸水管線送至隧洞進(jìn)口，輸水管采用PCCP，管徑2.8 m。隧洞采用無壓洞，洞長14.11 km。隧洞出口與碧流河水庫之間用27.75 km的輸水管線連接，送至碧流河水庫，管徑2.4 m，輸水管采用PCCP。

由于一級加壓泵站揚(yáng)程高、流量大，造成輸水管靠近泵站部分最高內(nèi)水壓力達(dá)到1.4 MPa，管道口徑大，高壓大口徑故此為高難度系數(shù)管道，從而導(dǎo)致PCCP材料價格高、輸水安全性也較差、電能消耗大。

為此，有必要采取合適的方法來降低水泵揚(yáng)程，以解決上述問題。因此最主要的關(guān)鍵點(diǎn)就在于降低PCCP的n值，即對PCCP內(nèi)壁進(jìn)行噴涂處理。

2 PCCP內(nèi)壁噴涂進(jìn)展與趨勢

1）PCCP的 n值

美國水工協(xié)會對已使用60年以上的管作測試，其C值達(dá)140～150，顯示其壓損低，適合遠(yuǎn)距離輸送及重力流，且不隨時間而變化，另鋼筒與承插口構(gòu)成密封狀態(tài)，可以確保100%水封作用。《AWWA M9》中規(guī)定PCCP管道的糙率系數(shù)：PCCPL糙率系數(shù)n不大于0.014；PCCPE糙率系數(shù)n不大于0.011。PCCP內(nèi)刷防腐涂料后，n值為0.085～0.010。

2）防腐材料類別

環(huán)氧樹脂引水倉漆、無溶劑環(huán)氧防腐涂料、GZ-2新型高分子防腐涂料等。

3）工程應(yīng)用

a）國內(nèi)。深圳東江供水工程（一期工程兩根DN2.6、雙線PCCP管，只作單線防腐，長度11.2 km。二期工程單根DN3.6PCCP管，全部作內(nèi)防腐，長度6.0 km）、江蘇省海門市區(qū)域供水工程、廣東省江門市引水工程、福建省福鼎市跨海引水工程等。

b）國外。越南胡志明市供水工程等（采用兩根DN2.4、雙線PCCP管，采用內(nèi)防腐，總長度10.0 km）。

從了解到的已建工程中可知，目前還不存在PCCP管內(nèi)防腐涂料脫落或失效的問題。

并且中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》制定委員會即將召開執(zhí)委會，準(zhǔn)備將PCCP管內(nèi)刷防腐涂料作為一項專題，列入以后標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)內(nèi)容中去。

4）經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢

a）節(jié)能。PCCP內(nèi)壁作防腐處理，可較小n值，降低泵站揚(yáng)程，節(jié)省電費(fèi)。

b）省錢。較低泵站揚(yáng)程可使輸水管線整體的內(nèi)水壓力都要減少一個等級，降低管材造價。

5）國內(nèi)調(diào)研情況

a）在深圳對東江供水工程進(jìn)行了調(diào)研，東江供水管理處負(fù)責(zé)同志介紹了東江供水管道情況，一期工程兩條管線采用了內(nèi)防腐，另一條未設(shè)。目的是兩者進(jìn)行了比較，經(jīng)幾年運(yùn)行情況看，管壁上附著物大量減少。如藻類及貝殼等附著物，設(shè)內(nèi)防腐是很有利的。

b）PCCP管廠，新疆國統(tǒng)廠家技術(shù)總工介紹了PCCP生產(chǎn)工藝等情況，雙方進(jìn)行了座談。由于管線中有多處交叉穿越建筑物，其采用材料為鋼管輸水，因此內(nèi)防腐設(shè)置形成的低糙率受到一定的制約，有必要在PCCP中采用防腐材料減糙。

PCCP國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19685-2005規(guī)范編寫者李世龍總工程師談了其對PCCP內(nèi)防腐設(shè)置的主要看法：

a）從技術(shù)上是可行的，由于糙率降低，必然節(jié)省動能。為此經(jīng)濟(jì)上是節(jié)省，且節(jié)能。

b）由于PCCP內(nèi)壁為水泥基材質(zhì)，屬無機(jī)材料，內(nèi)防腐材料雖為有機(jī)分子，但其兩者是無化學(xué)反應(yīng)的，不影響混凝土本身正常使用。且此防腐材料有較強(qiáng)的滲透性，能夠滲入混凝土10 cm左右，對混凝土的微小孔隙進(jìn)行填充，從而提高了混凝土的耐久性及結(jié)構(gòu)安全性。

c）此技術(shù)在國內(nèi)外均有應(yīng)用：美國、歐洲各國有應(yīng)用，越南有應(yīng)用。國內(nèi)工程如深圳東江供水工程等。

d）但采用的材料必須具有安全性，如滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，附著力大等。

e）應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，是否經(jīng)濟(jì)合理。

3 防腐材料選擇原則

1）內(nèi)防腐材料應(yīng)滿足中華人民共和國衛(wèi)生部國產(chǎn)涉及飲用水衛(wèi)生安全產(chǎn)品衛(wèi)生許可要求。

2）施工工藝簡單，可采用刷涂法、滾筒刷涂法、噴涂法。

3）經(jīng)濟(jì)合理。

4）耐久性應(yīng)滿足50年。

5）適應(yīng)性，不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)等。

4 工程的適應(yīng)性

1）工程管線布設(shè)概況

大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程碧流河水庫北段工程輸水線路全長165.07 km，包括輸水管線150.96 km、輸水隧洞14.11 km、加壓泵站二處等。碧流河水庫北段工程鞍山加壓泵站至隧洞入口采取壓力管線輸水，一級加壓泵站設(shè)在鞍山，與大伙房水庫輸水（二期）工程鞍山加壓泵站相鄰，二級加壓泵站設(shè)在隧洞進(jìn)口前。經(jīng)兩級加壓后，通過123.21 km的輸水管線送至隧洞進(jìn)口，輸水管管徑2.8 m。隧洞采用無壓洞，洞長14.11 km。隧洞出口與碧流河水庫之間用27.75 km的輸水管線連接，送至碧流河水庫，輸水管管徑2.4 m。

輸水管除穿越鐵路、高速公路、省國道、大中型河流采用鋼管外，其余管材采用PCCP。

2）節(jié)能的可行性與必要性

從目前國內(nèi)外能源緊張的局勢來看，電費(fèi)逐步提高的趨勢已成事實(shí)，因此從長久來看，降低泵站揚(yáng)程，減少運(yùn)行費(fèi)，勢在必行，并且也更符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。

5 工程利用合理性分析

1）經(jīng)此次國內(nèi)調(diào)研了解，并與有關(guān)實(shí)踐單位及專家論談，目前國內(nèi)外PCCP內(nèi)壁噴涂防腐材料的工程很多，特別是南方地區(qū)，已經(jīng)形成共識。因此，PCCP內(nèi)壁噴涂防腐材料不存在任何技術(shù)上的問題。

2）由于PCCP內(nèi)壁比較粗糙，與內(nèi)防腐涂料結(jié)合的密實(shí)度要比鋼管高。因此，內(nèi)防腐涂料與PCCP管結(jié)合的緊密性要比與鋼管結(jié)合的緊密性要好，因此耐久性要好的多。

3）由于管材粗糙系數(shù)選取直接決定了工程的投資及運(yùn)行費(fèi)用，本著從節(jié)能及節(jié)省投資的角度考慮，本次設(shè)計對PCCP內(nèi)壁刷防腐涂料與不作內(nèi)防腐的方案作了比較。當(dāng)采用內(nèi)防腐方案n=0.010時，相同的輸水規(guī)模（一年供水3億m3），PCCP管內(nèi)徑可取DN2800，一級泵站揚(yáng)程分為71.6 m，與不采用內(nèi)防腐方案節(jié)省揚(yáng)程18.92 m，管材壓力等級降低一個等級。經(jīng)比較結(jié)果見表1。

表1 N值不同情況下投資比較表（一年供水3億m3） 元

從管道運(yùn)行安全上來考慮，不設(shè)內(nèi)防腐方案輸水管線的最高內(nèi)水壓力達(dá)到了1.4 MPa，采用內(nèi)防腐方案輸水管線的最高內(nèi)水壓力為1.2 MPa，并且采用內(nèi)防腐方案輸水管線整體的內(nèi)水壓力都要比不采用內(nèi)防腐方案減少一個等級，因此采用內(nèi)防腐方案要比不采用內(nèi)防腐方案運(yùn)行過程中的安全性要強(qiáng)。同時采用內(nèi)防腐方案的泵站揚(yáng)程減小18.92 m，運(yùn)行費(fèi)也最為節(jié)省。

同時，也對每年輸水1億m3與3億m3水量每年節(jié)省電費(fèi)的工況進(jìn)行了比較，結(jié)果如下：輸水量1億m3/年，電費(fèi)節(jié)省3 633 000元；輸水量3億m3/年，電費(fèi)節(jié)省10 900 000元。

6 結(jié)語

1）PCCP管道采用內(nèi)防腐，降低糙率達(dá)到節(jié)能的目的，在技術(shù)上是可行的。

2）采用符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的防腐材料是必須的，不然此目的是無意義的。

3）從節(jié)能角度在加壓輸水方式中采用內(nèi)防腐材料降低糙率屬發(fā)展的必然趨勢。

4）內(nèi)防腐材料必須滿足附著力的要求，以保證其應(yīng)用壽命。

5）材料的實(shí)施工藝簡單，便于操作。

6）此項技術(shù)措施目前在國內(nèi)外均有工程實(shí)施，并且效果是好的。

7）由于防腐材料有一定的滲透作用，充填了混凝土微小孔隙，使得管的重要性增強(qiáng)。

綜上所述，PCCP管內(nèi)刷防腐涂料可使n值降低，可降低揚(yáng)程，節(jié)省電費(fèi)，可使管材總體價格降低，施工采用機(jī)械噴涂，材料價格、性能性價比良好。當(dāng)每年輸水3億m3/年時，節(jié)省電費(fèi)1 090萬元。因此，本工程PCCP管內(nèi)刷防腐涂料技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是節(jié)省的。

［1］廣東省水利水電勘測設(shè)計研究院.深圳東江供水工程初步設(shè)計報告［R］.2005.

［2］新疆國統(tǒng)股份有限公司.深圳東江供水工程PCCP內(nèi)外壁防腐施工技術(shù)要求［R］.2005.