山區地帶供水管材選擇探討

王保學

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司,武漢 430010)

山區地帶供水管材選擇探討

王保學

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司,武漢 430010)

由于山區地帶特有的水源條件和地形條件,輸水管材的選用十分重要。水管的選擇要綜合管材的性能、衛生、價格、運輸、安裝維修等多種因素加以考慮,這樣才能選出合理的最佳管材,并避免由于管材選擇不佳而導致的各種直接與間接損失,從而達到最為滿意之效果。該文通過分析和計算,得出給水管材適宜的選擇方法。

山區地帶; 管材; 選擇

1 工程規劃概況

工程規劃對象為四川山區地帶一個農村移民安置點,需要供給1 300人生活用水及2 000畝土地生產用水。取水水源為一個小型水庫,取水口位置高程比安置點凈水站高程高280 m,可通過重力流引水。輸水管沿線穿越段屬中山地貌區,部分地形陡峭,有深切的“V”形溝谷,根據地形地貌特征,將沿程管線分段規劃設計,并設置相應的減壓設施。

根據工程實際情況,供水工程的特點及對供水管材的要求如下:①取水點與凈水站位置高差大,要求管材承壓抗震性能好、使用壽命長;②工程規模較小,建設方要求施工工期短、管材綜合造價低;③工程區地形地質條件較復雜,要求管材便于采購、運輸、安裝及施工;④山區交通不便,要求管材維護運行管理方便。

2 給水管材性能及特點

目前市場上給水管材很多,根據山區地帶特點及當地實踐經驗,此工程給水管材主要選擇有鋼管、球墨鑄鐵管和高密度聚乙烯(PE)管,以下簡要介紹三種常用管材的特性,其性能特點比較見表1。

1)鋼管:普通無縫鋼管的最大優點在于其力學和機械性能優越,可以承受高的內外壓力,管身的可焊性方便制造各種管件、特別能適應地形復雜及要求較高的管線使用。缺點:造價較高,易腐蝕,必須對內、外壁進行防腐處理。

2)球墨鑄鐵管:球墨鑄鐵是一種鐵、碳、硅的合金,其中碳以球狀游離石墨存在,具有較高的耐久性能及防腐性能。球墨鑄鐵管具有較高的抗拉強度和延伸率,具有較好的韌性、耐腐蝕、抗氧化、耐高壓等優良性能,其外表噴涂瀝青或其它防腐材料,內壁采用水泥砂漿襯里,均在工廠生產線上完成,現場施工方便,不需要焊接和防腐處理,其使用壽命接近50年。球墨鑄鐵管有較強的承壓性能、抗震性能和密封性能,其接口為柔性接口,拆裝方便,承受局部沉陷的能力好。缺點:球墨鑄鐵管的連接受人為因素如操作水平、責任心等影響較大,施工方面不如PE管便捷;對于較軟弱管基,接口處容易產生變形。

3)PE管:高密度聚乙烯(PE)管,根據生產管道的聚乙烯原材料不同,分為PE63級、PE80級、PE100級及PE112級聚乙烯管材,目前給水中應用的主要是PE80級、PE100級,其優點是①良好的衛生性能:PE管加工時不添加重金屬鹽穩定劑,材質無毒性,無結垢層,不滋生細菌,很好地解決了飲用水的二次污染;②卓越的耐腐蝕性能:可耐多種化學介質的腐蝕,無電化學腐蝕;③長久的使用壽命:額定溫度壓力狀態下,PE管道可安全使用50年以上;④較好的耐沖擊性:PE管道韌性好,抗沖擊強度高、耐強震、扭曲;⑤可靠的連接性能;⑥良好的施工性能。⑦小口徑PE管在性能價格比上優于鋼管和球墨鑄鐵管。缺點:①耐壓能力較鋼管、球墨鑄鐵管低,常規PE80級管最大耐壓能力為1.25 MPa;②一般要求地埋敷設,如果明設,在陽光暴曬的情況下很容易老化。

通過對以上3種管材的性能分析,建議此工程選取PE管和球墨鑄鐵管作為給水管材。

表1 鋼管、球鐵管、PE管的總體性能特點比較

3 管材水力計算及規格選擇

管材規格包括管道直徑、壁厚,其中管道直徑關系到管道過流能力,壁厚涉及管材的承壓能力。1)管道直徑

管道直徑按照選定管道流量按下式初選管徑

式中,q為管段流量(m3/s);D為管道內徑(m);v為管道流速(m/s)。根據相關規范及工程經驗,為了防止管道因水錘出現事故,管道設計流速不宜大于2.5～3.0 m/s;輸送原水的管道,為了避免水中懸浮雜質在管道內沉積,最小流速通常不小于0.6 m/s。

2)水頭損失

沿程水頭損失、局部水頭損失分別按下式計算

式中,hf為沿程水頭損失(m);L為管道長度(m);d為管道內徑(m);v為管道流速(m/s);λ為沿程阻力系數;ξ為局部阻力系數;C為謝才系數;R為水力半徑(m);n為管道糙率,PE管道的糙率取n=0.009,球墨鑄鐵管的糙率為n=0.014。

3)水擊壓強

有壓管道中的水擊現象主要外界因素導致管道流速突然變化,引起壓強急劇升高和降低交替變化,最終可能導致系統破壞,考慮有壓管道中,通過對供水系統進行分析,引起水錘的因素主要為開啟/關閉閥門時,管道非恒定水擊現象,關閥的速度影響最大。

根據水錘計算公式及不同管材的特性系數計算出輸水管線各管段最大水擊壓強及最大動水壓強,一般在液壓系統中把速度控制在4.5 m/s以內,ΔP不超過5 MPa就可以認為是安全的。

4)設計方案

由于生活用水需要每天輸送,而生產用水僅在灌溉季節或農作物需水時輸送,為保障安置點生活飲用水的質量,且方便運行管理,居民點生活供水與生產供水可采取分管方案。小口徑PE管在性價比上優于球墨鑄鐵管,為便于管線的分段減壓設施布置設計,生活及生產供水管道均采用PE管。

輸水管道最大落差約280 m,超過常規PE管道最大承壓力,因此需要設置減壓設施。考慮到所選管材的承壓能力、地形地質條件、管道末端富余水頭及運行安全等方面因素,將整個輸水管線劃分為六個區段,每段管道的最大工作壓力不超過1.6 MPa,輸水管線分段詳見表2、表3。

表2 生活用水管線分段表

表3 生產用水管線分段表

計算結果表明,生活供水管道,前五段采用dn90×5.4 mm、PN1.0的PE100管道,第六段采用dn90× 8.2 mm、PN1.6的PE100管道,可以滿足生活供水要求。生產供水管道,前五段采用dn355×21.1 mm、PN1.0的PE100管道,第六段采用dn400×36.3 mm、PN1.6的PE100管道,可以滿足生產供水要求。由于dn400、PN1.6等級PE100管道造價較高,方案比選后第六段選用DN350球墨鑄鐵管。

4 結 論

根據山區地形地質特點,居民建筑群落較小、較分散,對應的供水工程規模不大。點外水源一般選擇位置較高的水庫、河流或山泉,因此供水管材選用應綜合考慮管道的承壓抗震性能,采購、運輸、施工方便,衛生條件,運行可靠性,綜合造價等各方面因素,從而實現給水管道運行安全可靠、經濟合理。

由于目前的市場上管材品類繁多,且質量不一,所以在選擇管材時應該結合工程的實際情況,并對管材的各種性能進行綜合考慮,從而選擇出科學合理、性能優異的管材。通過該文的分析與計算可知,山區地帶供水管材宜選用PE管、球墨鑄鐵管和鋼管,通過相應的經濟技術比較,選擇出相應的最佳管材。

[1] GB 50013—2006,室外給水設計規范[S].

[2] 仇少云.淺談市政常用給水管材的性能及其選擇[J].城市道橋與防洪,2013(11):168-169.

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[4] GB 50268—2008,給水排水管道工程施工及驗收規范[S].

[5] GB 50015—2003,建筑給排水設計規范[S].

[6] GB 50014—2006,室外排水設計規范[S].

Discussion on Selection of Water Supply Pipes in the Mountain Regio

WANG Bao-xue
(Changjiang Institute of Survey,Planning Design and Research Co,Ltd,Wuhan 430010,China)

Because specific water conditions and terrain conditions in the mountain region,it is very important of the selection of water supply pipes.The performance,health,price,transport,installation,repair and other factors should be considered to select the best pipe reasonably,and avoid the various material selection caused by poor direct and indirect losses,so as to achieve the most satisfactory results.In this paper,through analysis and calculation,we get appropriate selection method of water supply pipe.

mountain region; supply pipes;selection

2014-08-11.

王保學(1980-),工程師.E-mail:whutwbx@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.039