寒冷地区给排水管线埋深及防寒防冻措施.doc

寒冷地区给排水管线埋深及防寒防冻措施哈尔滨位于我国东北最寒冷地区，历年最冷月的月平均最低温度为一248 ，年平均气温为36 ，最大冻土深度为20 m，最大积雪深度为041 m。1990年5月，我院承接丁哈尔滨化工总厂200kta复肥装置设计任务。其装置区给排水管线设计较南方地区有所不同，管线埋设首先要解决冬季如何进行防寒防冻，确定管线埋设的合理深度问题。下面就此进行探讨。 该装置界区给水采用生产、生活(消防)台一的给水系统，管材为承插式球墨铸铁管(主干管直径为200 mm)，柔性胶圈密封，胶圈外部用石棉水泥填缝。正常情况下生产、生活用水量较少(消防给水除外)。给水管线敷设的常规做法一般有直接埋地或架空敷设两种，直接埋地敷设最为常用。架空敷设要考虑管架和保温措施。在北方寒冷地区常采用蒸汽伴热管线外加保温材料进行保温，即要敷设相同长度的蒸汽管线保证给水管不被冻坏。对于室外消火栓及阀门井也必须采用相应的保温措施。寒冷地区的室外消火栓一般为地下式直通消火栓，型号为SX100，设有100 mm和60 mm栓口各一个，并做保温井口；阀门井的设置一般不采用套筒式，因在寒冷地区阀杆头部常漏水而冻结，影响开启和关闭；给水管线上的给水栓应采用防冻栓，并宜设置于背风向阳处。管线直接埋地敷设施工简单、安装方便、能降低造价，经综合考虑，并参照建设单位意见决定给水管道采用直接埋地敷设。由于化工产品的销售受市场需求等因素的影响，以及系统停车或检修，若此时室外气温较低且管道中的水没有及时排空，必将冻坏管道，维修较困难。因此，设计中确定管线埋设深度时要考虑当地管道的常规埋设深度，又要满足给排水设计手册要求。另外在设计中还应考虑给水管网的泄水措施，防止管道被冻坏，达到即使系统停车时间较长，给水管道中的水也能很快通过泄水并和排水管道排出，保证给水管道中不留积水。该装置排水采用清净生产废水、生活污水、雨水合流排放系统，选用钢筋棍凝土排水管，接口采用钢丝网水泥砂浆抹带接口，排水管采用120。棍凝土条型基础。清净生产废水、生活污水的排水一般为车问清净洗涤排水和工艺设备冲洗水。根据室外排水设计规范(条文说明)中有关对哈尔滨地区污水管道埋探与冻结情况调查，考虑平时系统排水量较小，适当增大排水管坡度以减少管线冻结；将主干管起点管底埋深定为20 m，其余支管线或与雨水口连接管底埋深定为111 5 m，并考虑在管道浅埋处进行土质置换。对于地下的排水检查井、地下消火栓井、阀门井等构筑物均采用下述保温措施： 所有的井盖均采用双层保温井盖，井内填充珍珠岩或碎聚苯乙烯块；井壁周围土质采用置换措施，填充一些炉渣保温，井加一层黄黏土以减少地表水向土壤下方渗透； 由于施工期正值冬季，要求不得采用冻土回填。根据建设单位提供的地质报告，该地区土壤深度在0751 m为较厚的粉质黏土，层位稳定，属于中压缩土，承载力较高，地质条件较好。综上所述，确定寒冷地区给排水管线的埋深需要综合考虑。既要考虑水量、水温、管材强度、管线交叉、连续或间断使用情况等，又要考虑外部荷载、环境条件及当地的具体情况，井采取相应的防冻防寒措施以保证给排水管线在冬季能正常使用，满足化工安全生产的要求。经过近十年的化工生产检验，该装置界区的给排水管线无冻坏现彖发生，用户表示满意。北方地区管道防冻预防措施在我国的广大北方地区，给水管道、消防管道内介质流速为零，为了保证各管网在冬季正常运行，要求各种管道不发生冻结结以备随时使用，必须对管道进行防冻结处理目前实施管道防冻结的方法比较多，但基本上同一工程只采用某一单个方案，没有对不同方案进行系统的分析比较研究的主要目的在于分析目前主要防冻结方案的可行性和经济性，以便针对实际工程选择出合理经济的防冻结方案目前工程实施的露天管网防冻结的具体方法有：利用自来水温绝热防冻结法、利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻结法、充填防冻结液防冻结法、绝热电热器件伴暖防冻结法以及混台防冻结方法利用自来水温进行绝热防冻结方案该方法主要用于给水管网的防冻结依北京地区为例，目前北京市自来水温度在12E：左右，故可利用自来水温加以绝热保温达到防冻结目的 自来水以地下水和水库地表水为来源，依两种水混台比例使自来水温在1215E：之间该方案优点可节省伴暖投资(相对于电伴暖方法)，但在低温气候下该方案管内存水停留可能发生冻结结，依据传热学原理计算冻结结时间结果如表1所示，居民楼从夜间24：00到凌晨5：00停用较多，该时段为流速是零的高概率时间段，小管径(DN40DN70)在日均温度在一5 以下时，本方案具有很大的风险，但大管径如DN100以上管道应用本方案可以节省大量运行费用利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻结方案该方案将给水管、消防水管中可与供暖系统供、回水管平行布置的管道共同保温，借助供暖管水温伴暖给水管、消防水管，达到防冻结目的根据文献2提供的传热学原理，用计算机模拟计算，在环境温度为一l0E：，一根DN150、温度为70的回水管经伴暖同直径的一根自来水管，l00 m后该回水管的温降仅3左右，说明采用奉方案在热力理论上可行但在管道的布置上对设计施工相当繁难利用防冻结液充填消防管(含喷洒管)的防冻结方案防冻结液在冻结结点以上温度时流动性好可以管道输送该防冻结方案免除了绝热保温和伴暖的初投资费及运行费，故投资小但该方案存在的技术难点为： 防冻结液与生活水管相连时，应保证无毒，另外不能具有助燃性和可燃性 喷洒管头部的设 十应考虑防冻结液与自来水的密度不同会对喷洒面积有影响另外，需要解决在升温时吸纳防冻结液的膨胀量、降温时填补防冻结液的收缩量，这在技术上有些难度绝热电热器件伴暖防冻结方案该方案以加热电缆为土，产品商品化程度高、柔韧灵活、安全可靠、施工快捷、经济并符合环保要求方案对电热器件及相应配套没施要求较高，并且整个伴暖系统工作必须在线监测控制，在电伴暖意外失效的情况下，能够及时发现和抢修该方案具有普遍的适用性，能够满足不同管道的防冻结要求混合防冻结方案结合工程的实际情况，将以上4种方案组合采用两种以上就构成了混合防冻结方案例如DN100以上管道采用自来水温绝热防冻结方案，DN80以下管道采用电缆伴暖绝热保温防冻结方案；消防管网的喷洒管采用了无保温防冻结液防冻结方案；而其它消防管道采用电缆伴暖绝热保