準電公司給排水系統優化改造

王文淵

（內蒙古國華準格爾發電有限責任公司，內蒙古 準格爾 017000）

0 引言

準電公司廠區給排水系統已運行20 多年，由于管道腐蝕嚴重，目前系統泄漏頻繁且漏點分散。管道敷設位置以廠區道路旁綠化帶為主，局部穿馬路，鋪設方式有直埋和架空2 種，每次發生泄漏時查找泄漏點較為困難，維修工作量較大，對綠化帶樹木、草皮以及廠區各路口的道路破壞也較大，而且局部性的維修不能解決根本性問題。從管道腐蝕滲漏情況現狀分析，在今后的生產運行過程中，極大可能還會出現多點、大面積的泄漏情況，使電廠的安全生產存在較大隱患。為避免以上問題的發生，該文對全廠的給排水系統進行優化改造，以便從根本上有效、系統性地解決現存問題。

1 管道泄漏原因分析

首先，電廠二期建廠已有20 多年，三期建廠已有15年，所有給排水管道均采用鋼管制作，鋼管內、外壁存在緩慢的、長時間的腐蝕問題，管道銹蝕嚴重的位置壁厚變薄，管道不能承受介質的壓力，出現滲漏或爆管等現象。廠區臨近塔哈拉川城區景觀河，地表層含水豐富，加快了腐蝕速度。其次，土質疏松、管道滲漏以及鍋爐維修改造等原因，使地面發生了不同程度的沉降，導致管子斷裂，出現了嚴重泄漏。再次，冬季寒冷，架空管道的保溫效果逐年下降，導致管道內介質結冰，進而造成管道堵塞甚至泄漏。從次，管道安裝施工過程對管外壁局部不同程度的損壞加快了腐蝕，并造成泄漏。本次給排水系統治理對廠區地下工業水管、地下水管、消防水管、采暖管道漏點頻發以及腐蝕嚴重的管道進行了更換，新更換的管道采用了運行安全、經久耐用、漏損減少、施工和維護方便且經濟合理的管材[1]。

2 給排水管道治理方案

2.1 管道材料選擇

綜合使用環境、介質壓力以及外部承受壓力等因素，生活水管道和工業用水管道材料的選擇確定為鋼絲網骨架塑料復合管。該管道以高強度過塑鋼絲網骨架和具有熱塑性的塑料聚乙烯為主要成分，鋼絲纏繞網增加了管道強度，高密度聚乙烯（HDPE）增加了管道塑性，兩者僅密連接，使之具有優良的復合效果。既克服了鋼管和塑料管各自的缺點，又保持了各自的優點。鋼絲網骨架塑料復合管不滋生微生物，可保證流體不受二次污染。優良的機械強度，既具有鋼管的機械強度，又具有塑料管的耐腐蝕性，對沖擊、彎曲、壓力和強度的外力影響有很強的承受力。外壁防腐層不受運輸、施工過程中的磕碰、摩擦外力的影響，使用壽命可長達60 年以上。復合鋼管管道以施工方便的承插式連接方式代替管道現場焊接，安裝費用比焊接節省80%，不需要二次防腐，安裝效率提高20 倍以上。鋼絲網骨架塑料復合管的管道接口采用電熔連接，施工較為方便，接口處需要連接件。由于管道內部輸送高溫介質時，鋼絲網骨架塑料復合管會因長時間高溫出現變形和老化，因此采暖管道選用熱鍍鋅碳素預制鋼管。熱鍍鋅鋼管的鍍鋅層附著力強，比普通碳素鋼管具有耐腐蝕能力強的優點。消防管則采用不銹鋼管或者表面涂有環氧煤瀝青防腐層的碳素鋼管。從設計角度考慮，消防管道需要承受較大壓力，因此不可采用塑料復合管。本期工程的采暖管道與消防管道均采用金屬管，并做了防銹、防腐處理，增加了管道的使用壽命，提高了改造的可行性。

2.2 管道壁厚計算

經系統優化后，有些部位的管子因設計壓力和流量的改變需要重新計算后進行更換，如二、三期采暖管道和消防系統管線。根據管道內介質、溫度、壓力和使用環境的不同，設計壁厚的計算標準及公式略有差異，如采暖管道地上敷設和管溝敷設的應力取值、管壁厚度計算、補償值計算及應力驗算應按《火力發電廠汽水管道設計規范》DL/T 5054—2016的規定執行[2]。按外徑確定壁厚，最小壁厚計算如公式（1）所示。

式中：P為管道設計壓力；Sm為管子最小壁厚（mm）；D0為管子外徑（mm）；Y為修正系數；[σ]t為鋼管在設計溫度下的許用應力（MPa）；η為許用應力的修正系數；C為腐蝕、磨損和機械強度要求的附加厚度。

管道選用的實際壁厚應包括腐蝕裕量公式，如公式（2）所示。

式中：Sc為實際壁厚；m為管道產品技術條件中規定的最小壁厚負偏差，取百分數。

通過上面2 個公式的計算，采暖管道的實際壁厚應大于等于表1 數值。

表1 采暖管管道規格及壁厚結果統計表

工業水管道設計壁厚則采用《工業金屬管道設計規范》GB 50316—2008 計算。消防水管道設計壁厚應按《壓力管道規范》GB 20801—2020 計算，適用的標準不能混淆，否則會因壁厚選擇不當而為管道運行時埋下泄漏甚至爆管等隱患。計算過程中的修正系數（或稱之為設計系數）也很重要。該項目采暖管道選用的螺旋縫鋼管的修正系數為0.8。消防水管道選擇的是無縫鋼管，修正系數選擇1.00，無論如何選擇都是為保障管道的安全運行，但切勿一味追求越厚越好，要兼顧材料成本，避免造成成本浪費。

2.3 給排水改造方案

據統計，2019 年至今，給排水系統各管線由于系統設計存在局限性且不能適用當前機組等配套設施功能，如給水系統壓力不足、消防系統需要升級改造、廢水不能充分利用以及水資源浪費嚴重等問題，加之在線服役時間的增長，因此泄漏情況逐年增多，維修和處理頻率加劇。本期工程對原有管道系統進行了優化設計，將原有架空管道能夠實現落地安裝的都進行直埋，直埋方式不僅美化廠區建設、減少施工障礙且直埋后的管道抗凍性能更好。直埋管道應繞開廠區綠化、馬路和基礎建設等不利于維修的位置，管道設計標高基本維持原設計標高，管道埋深為室外地坪下3m（防凍層以下）。為保證廠區水量供應，管網布局采用環狀管網布置，環狀管網能夠保障供水安全，某一段管道發生泄漏時，只需將兩端管道閥門關閉，斷水的范圍較小，水質也更有保障。管道局部布置簡圖如圖1 所示。并對其管道經過區域的土質進行勘測，防止發生地面沉降導致管道出現泄漏等問題。不能繞行的采用砌筑方式讓管道在其內部布置，各直埋管線在地表上方做好標識樁，標識內容包括管道名稱、深度、介質以及流向等信息。改造方案中還同時考慮了減少管道敷設長度、主干管線延長方向與水流方向相同、避開現有建筑和原有固定管道以及相鄰管道之間距離等因素。整體改造后能夠保證體統正常并經濟運行，并大大防止泄漏的發生，節省了維護成本。

圖1 給排水系統優化設計局部簡圖

2.3.1 工業給水系統

工業水入廠有4 根管線，將其合并聯絡為3 根供水管線（管徑DN500mm），其中一根工業水管線供水正常，另一根管線給橡膠壩單獨供水，第三根管線隔離備用，第四根管線加裝盲板，作為地下水管線給市政供水。廠內工業水主管線分3 路為生產補給供水，其中布置一條管線為三期供水，總長度為2055m，其余2 根管線為二期生產系統供水，總長度各為1908m。工業水管線安裝閥門共計61 套。經工業水泵升壓后，水壓可以滿足各用水點的要求，經獨立的工業水管網將水送至各工業用水點。

2.3.2 地下水管線

廠內新增生活水供水系統與原地下水管線相聯絡，為公司生活用水提供補給。新增生活水供水系統設主、備2 個水源，主水源為由薛家灣二號高位水池來水供給，備用水源為電站尾水渠內的水。地下水管線入廠二路管徑DN400mm，3次門后二路管線管徑變為DN300mm，2 條管線互為備用，地下水1 號管線總長度為1818m，2 號管線總長度為1908m。地下水管線閥門共計38 套。

2.3.3 消防系統

水消防系統需要分設獨立的自噴消防供水系統和消火栓消防供水系統。消防水管線分二期和三期2 套系統，同時新設一套獨立的消火栓消防供水系統，為臨時高壓系統。主管網采用DN300mm 的鍍鋅碳鋼管。消防地下管網系統從升壓站、主廠房周圍、輸煤區域和燃油庫區域分別敷設，全廠消防水系統形成大環網，遍布生產及生活區域。廠區內所有建筑周圍就近都布設了地下消火栓，地下消火栓型號為DN65/DN100。按照有關消防規范的要求，本期在主廠房內、變壓器和輸煤系統等區域設有相應的自動水消防系統，在三期主廠房內的主控室、電子設備間和配電間等區域設有低壓二氧化碳滅火系統和潔凈劑氣體滅火系統。

2.3.4 采暖系統

管道采用預制保溫管道，預制保溫不僅施工難度小、時間短且防腐性能較好，具有管道不易腐蝕、故障率較低等優點。管道連接處焊接成型后進行保溫處理且直埋地下，可最大程度降低熱量的流失。采暖系統最容易出現泄漏的是回水不暢的位置，回水不暢位置水溫較低，在寒冷冬季，回水管道和散熱設備會出現跑、冒、漏等問題。回水不暢的管道幾乎都在無人值守且房屋封閉不嚴的設備間，如循環水泵房、加藥間、中水區域、物資庫、消防樓、消防泵房以及氫站。將這些地方的采暖管道的回水管管徑加粗，更換陳舊散熱設備，以保證水路暢通，解決回水不暢問題。主干管中切斷閥門采用金屬全焊接球閥，閥門的耐溫均為130℃，閥門耐壓均為1.6MPa，以確保系統安全穩定。

2.3.5 排水系統

2.3.5.1 生活污水系統

廠區設獨立的生活污水下水道。本期工程的主廠房和各輔助建筑物的生活污水經廠區生活污水下水道收集后排入二期已建成生活污水處理設施，處理后回用。并將濕冷方案作為循環水補給水，空冷方案作為渣斗冷卻水補給水。

2.3.5.2 工業廢水系統

廠區設獨立的工業廢水下水道，用于收集主廠房沖洗排水和空壓機冷卻水等工業排水。排至工業回收水池，經凈化設備處理后，將濕冷方案作為循環水系統補給水源，空冷方案作為脫硫用水、輸煤系統沖洗水和干除灰用水。工業廢水處理系統采用成套的工業廢水處理設備，處理工藝為沉淀—氣浮—過濾，處理能力為2×150m/h。處理合格后作為廠區沖洗綠化用水、脫硫用水、除灰用水和運煤用水使用。工業廢水處理車間內設有污泥脫水設備，負責處理澄清及氣浮裝置的排泥。

3 給排水管道施工

3.1 施工要點

管道施工的質量決定管道系統的使用壽命和維修成本。因此加強安裝質量控制，特別是過程控制尤為重要。給排水管道施工主要包括技術準備→溝槽開挖→安裝管道→管道防腐隔熱→耐壓試驗→回填。本期工程施工難度大，和新建廠區內的管道施工有明顯不同，改造會破壞廠區的道路、綠化和基建等，施工空間也會被現有建筑所阻礙，因此在施工時要做好防護和警示標識，確保安全施工，并為保證施工質量提供必要的條件，施工結束后恢復其原貌或功能。

3.2 技術準備工作

管道入場后對管道進行原材料的入場驗收，質量證明書齊全，經驗收合格后方可進行安裝。安裝人員要熟知管道的走向及布置，復核管基線、邊線以及標高等信息。制定施工作業指導書，加強施工過程的監督和檢驗，保證管道施工（焊接、熱熔、承插）質量。

3.3 溝槽開挖

施工空間有限，為保證施工質量，選擇人工開挖。溝槽開挖前確認土質和溝槽深度，做好防止塌方的措施準備，如有地下水淤積情況，應排除地下水后進行溝槽開挖。按設計要求保證開挖敷設管道的溝底標高，槽底須按要求夯實，并用水平儀校驗墊層的平整度。溝槽經相關部門負責人確認合格后才能進行管道敷設和安裝。

3.4 管道安裝

管道安裝應滿足始裝節的里程偏差不超過±5mm，彎管起點的里程偏差不應超過±10mm。始裝節兩端管口垂直度偏差不應超過±3mm。管道敷設除排水管道應保證水平和平直，管道水平高差每米不超過1mm，累計高差不大于10mm，直線度每米不超過1mm，累計長度不超過15mm。

3.5 管道防腐隔熱

焊接完成并經無損探傷合格后對表面進行防腐處理。對需要保溫的管道，保溫層厚度應符合標準和設計要求，同層壓縫，異層錯縫，保證每側保溫材料均緊密貼實。

3.6 管道水壓試驗

管道安裝后需要按規范要求做水壓試驗。工業水管、地下水管按《給水排水管道工程施工及驗收規范》GB50268—2008 中的規定做水壓試驗，試驗壓力為工作壓力+0.5MPa 且不小于0.9MPa。消防水管按《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974—2014 中的規定做水壓試驗，試驗壓力為工作壓力+0.4MPa。根據CJJ28—2014《城鎮供熱管網工程施工及驗收規范》標準要求，在管道試壓結束后，應采用水力直排和循環清洗對管網進行清洗。清洗時，先啟動采暖加熱站補水泵注水并保持一定的壓力狀態進行直排，然后再啟動采暖加熱站內循環泵，使管網中的水以不小于1m/s 的流速循環。熱力管網各排污點定時排污，同時利用補水及排水裝置不斷地補水、排水，直至達到管網清洗要求為止。清洗水系統可以借用管網補水系統進行補水清洗。

3.7 回填

管道回填時需要注意軟細土填至高出管頂200mm 后才可回填原土，切勿將建筑垃圾等雜物填入其中。管道基礎回填土時，應使用重新加墊灰土并夯實，確保管道基礎穩定和施工安全。為避免損壞管道和防腐層，當在管頂以上1m 范圍填砂時，應避免重型機械在其上直接碾軋。即使回填到設計地面標高后，當重型機械等設備的額定載重量在設計承重允許值時，在其上應采取敷設鋼板等相應措施，方可施工作業或通行[3]。

4 結語

該文對準電公司地下工業水管、地下水管（生活水）以及消防水管腐蝕嚴重部分進行了治理。首先，在材料上選擇抗腐蝕性能好、強度大、增加使用壽命且技術成熟的材料。其次，對廠區內的給排水系統進行了優化設計，以提高使用功能，保證系統的流暢性。再次，在施工過程中加強對各環節的質量控制，提高施工質量。改善現有系統水循環的弊病，提高管道的使用壽命，降低管道系統泄漏的頻率和維修成本。管網實施改造后，管網漏損水量可降低約15m3/h，可節約準電公司地表水及地下水補水量30m3/h，全年可節約補水量16.5 萬t。本治理項目技術、施工安裝可行，能滿足電廠地下給排水治理的需要，也給電廠帶來了較好的經濟效益。