海水淡化濃海水輸送管材比選研究

◎白永浩

1 前言

我國是水資源短缺的國家，水資源分布極不均勻，特別是一些沿海城市的經濟發展嚴重受制于淡水資源缺乏的狀況。海水作為水資源的重要組成部分,其有效利用是解決我國水資源危機的重要措施之一[1]，（崔樹軍,韓惠茹,鄧會寧,袁俊生.海水淡化副產濃海水綜合利用方案的探討.[J]鹽業與化工，2008，37（1）：36-38.）海水淡化技術的發展對于解決社會發展中所面臨的淡水危機具有深遠的意義。我國的海水淡化研究興起于20世紀50年代，到80年代已有了突飛猛進的發展[2]。（張寧,蘇營營,蘇華等.海水淡化中濃海水的綜合利用研究[J].海洋科學，2008，32（6）：85-88.）經過幾十年的發展，技術已日趨成熟，經濟性亦日趨合理，應用前景十分廣闊。膜蒸餾海水淡化技術的研究，更是可以將濃海水進一步濃縮，在海水淡化產業鏈發展中具有重要意義。但提取淡水后將產生大量高鹽度海水，一般海水淡化可將3.5°Be′海水濃縮成 6°Be′濃海水，利用膜蒸餾技術更可將海水淡化副產的濃海水繼續濃縮至10°Be′。副產的濃海水中富含鈉、鉀、溴、鎂等有用物資，且多為陸地緊缺的礦物資源并含有各種離子，如果直接排海，不僅是對有限資源的浪費，也將對脆弱的海洋生態帶來巨大威脅。利用濃海水進行灘曬制鹽，既節省鹽田制鹵區面積，提高海鹽生產能力，又避免了直接排海造成的破壞。

使用海水淡化產生的濃海水談曬制鹽，必須首先將濃海水輸送至鹽灘。傳統鹵水輸送方式為培土筑埝修建溝道，利用溝道進行輸鹵。該輸鹵方式投資小，施工簡單。但明渠占地面積大，且鹵水通過溝道過程中會因為滲透造成損失。若利用管道進行鹵水輸送則能有效避免上述不足。國內外各種類型輸水管材五花八門，應用于長距離輸水管線的管材以球墨鑄鐵管、PCCP管、玻璃鋼夾砂管和HDPE管應用最為廣泛。經濟性管材的選擇既要考慮管材、施工等一次性投資，同時還考慮壽命周期內管線的運行維護費用，這兩項費用之和最小的方案為最佳經濟管徑。只有選擇正確的管材才能做到供鹵通暢且經濟適用。

2 管道材質必選

2.1、剛性管—傳統管材

世界上首先發展起來的排水管網，是傳統的混凝土管、金屬管和陶土管等，這些管子稱為剛性管。在歐州已有50年歷史，在中國解放以后各大、中、小城市中首先使用的還是傳統的剛性管—混凝土管，至今還在大量的使用，如北京市約有500家水泥管廠，天津市約也有500家水泥管廠，盡管建設部已明文取消φ500以下的平口混凝土管，各地從設計到施工還在使用混凝土管。

2.1.1鋼管

鋼管是一種傳統管材,由鋼板螺旋纏繞成圓筒狀后焊接而成。從強度和剛度來看,鋼管具有優良的特性。鋼管最大的缺陷是壽命短，不耐腐蝕，密封性不好，容易泄漏，而且價格高，對地表不均勻沉降適應性差。

2.1.2 鑄鐵管

按材質可分為灰口鑄鐵管和延性鑄鐵管，由于灰口鑄鐵管口徑不大、材質不穩定，因此事故較多，在輸水工程中基本不采用。延性鑄鐵管也稱為球墨鑄鐵管，其強度比鋼管大，延伸率也高出10%。球墨管成本高，平均價格比PE管貴10%―15%，且連接接口轉角過大容易引起泄漏。

2.1.3 預應力鋼筒混凝土管PCCP

一種鋼筒與混凝土制作的復合管，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞環向預應力，采用機械張拉纏繞高強鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護層。該管的特點是由于鋼套筒的作用，抗滲能力非常好。管子的接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，并設橡膠止水圈(單膠圈或雙膠圈)，因而止水效果好，安裝方便。

2.2、柔性管——塑料管材

從八十年代開始，世界上從歐洲到北美、日本掀起一股塑料管道熱。人們大量使用各種塑料做的供水、排水管如PVC、PP、PE、ABS管。

2006年在美國召開的第13屆國際塑料管道會議上共有120篇報告，其中歐州Teppfa（歐州塑料管材管件協會）和Plastics Europe（歐州塑料制造商協會）發起了一項綜合性的研究，即調查使用年限超過30年排水管道質量情況的定量數據，題為“可持續性市政管道排水系統中塑料管道的應用性能”，主要是評價哪種管道性能最好，能滿足可持續發展要求。

調查結論如下：（1）使用柔性管表現優于剛性管；（2）埋地管道需要柔性（可以產生管土共同作用）；（3）柔性管系統的管件保證較可靠的連接；（4）柔性管道系統的鋪設減少對環境的危害；（5）柔性排水管道是可靠的，長期使用的選擇。

塑料埋地管可以分為實壁管和結構壁管兩大類。一般，供水使用的實壁管，因為是有內壓的需計算水頭壓力。而排水管是無內壓的，為了從經濟上考慮，一般使用結構壁管，結構壁管更比實壁管節省材料50-70%。結構壁管主要承受外壓負載。結構壁管共有六種類型：分別是PVC雙壁波紋管，PVC加筋管，克拉克管，玻璃鋼夾砂管，HDPE纏繞管和HDPE雙壁波紋管。

2.2.1 聚乙烯管（PE）

聚乙烯按照其密度不同分為高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE）。聚乙烯管根據結構形式不同可分為單層實壁管、雙壁波紋管和螺旋纏繞管等。雙壁波紋管和螺旋纏繞管主要是用HDPE原料加工而成，主要應用于城市排水、單層實壁HDPE主要應用于城市供水、城市燃氣輸送，單層實壁MDPE管主要應用于城市燃氣輸送，單層實壁LDPE管大量用作農用排灌管道和工業普通管道。

2.2.2 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管是采用短玻璃纖維離心或長玻璃纖維纏繞，中間夾砂工藝制作，管壁略厚，環向剛度較大，可用作承受內外壓的埋地管道，管徑可從直徑φ500～φ2600mm，玻璃鋼夾砂管材質脆，只適用于大口徑，且在施工過程中，機械碰撞容易發生暗傷，而且暗傷不容易發現，影響使用壽命。

2.2.3 硬質聚乙烯管UPV-C

UPV-C管具有較高的抗沖擊性能和耐化學性能。它可根據使用要求不同，在加工過程中可添加不同添加劑，使其具有滿足不同要求的物理和化學性能，UPV-C管具有壽命長，密封性好等特點，但是UPV-C管在加工過程中有重金屬穩定劑，在使用過程中會逐步滲出，影響水源。

在上述管材中，大口徑HDPE雙壁波紋管（φ300－φ800mm），優點最突出，主要是產品質量好，整體性好，生產效率高，原料省，成本低，施工方便，承插連接，使用安全；超過1000mm的大口徑管材，選用玻璃鋼夾砂管也具有一定的優勢。

3 結論

結合濃海水排放工程按最大排放量25萬m3/d設計建設，約1萬m3/h，管道距離20km，濃海水輸送基礎方案比選如下：

單根自流 單根帶壓 雙根帶壓工程方案 1-F2000 1-F1400，1.0Mpa 2-F1000，1.0Mpa綜合價格(參考值) 1000萬元/公里 500萬元/公里 600萬元/公里運行維護 管道前后落差3m，進鹽田后需動力 維護方便 施工維護費用大

故本方案設計采用單根帶壓力輸送,其中選用管道公稱壓力≥1.0MPa，選用3臺6000m3/h水泵，揚程40-60米，電機功率3＊900KW。

綜上，筆者認為玻璃鋼夾砂管可以作為濃海水輸送工程首選管材，其優點有：（1）材料性能優良，水利參數和結構參數較合適，也能滿足工程工藝參數；（2）屬于柔性管，安裝施工難度小，由于材質輕加工和運輸很方便；（3）不易腐蝕，耐久度好。

[1]崔樹軍,韓惠茹,鄧會寧,袁俊生.海水淡化副產濃海水綜合利用方案的探討.[J]鹽業與化工，2008，37（1）：36-38

[2]張寧,蘇營營,蘇華等.海水淡化中濃海水的綜合利用研究[J].海洋科學，2008，32（6）：85-88

[3]陳立明，孫雨虹，金龍.玻璃鋼管道等四種管材綜合使用性能技術經濟分析[J].供水與排水，1998, 18（2）：17-19

[4]馮俊舉,王緒書,翟擁軍.海水淡化與制鹽聯產方式的研究[J].海湖鹽與化工，2005，34（5）：4-6.

[5]余瑞霞，王越，王世昌.海水淡化濃鹽水排放與處理技術研究概況.[J].水處理技術，2005，31（6）：1-3.