村镇供水工程输水管线管材选择.doc

贵州村镇供水工程输水管线管材选择陈洪松摘要：本文就水力计算、运行成本、管道敷设的多种影响因素进行了分析，结合当前常用的各种管材性能，对村镇供水工程输水管线的管材选择提出了建议。关键词：村镇 供水工程 输水管线 管材贵州省位于中国西南的东南部，省会贵阳。东毗湖南、南邻广西、西连云南、北接四川和重庆，介于东经1033610935、北纬24372913之间，国土面积176167k，占全国国土面积的1.8%。2010年9月止，全省设4个地级市，3个自治州，2个地区；9个县级市，56个县，11个自治县，10个市辖区，2个特区；共计505个乡（含252个民族乡），689个镇，109个街道办事处。贵州地貌属于中国西南部高原山地，境内地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1100米左右。全省地貌可概括分为高原、山地、丘陵和盆地四种基本类型，其中92.5%的面积为山地和丘陵。贵州岩溶地貌发育非常典型。喀斯特地貌面积109084平方千米，占全省国土总面积的61.9 %，境内岩溶分布范围广泛，形态类型齐全，地域分布明显，构成一种特殊的岩溶生态系统。1 贵州村镇供水工程主要特点贵州的村镇相对来说大多经济发展滞后，供水工程具有以下特点：人口规模小。乡镇人口多在几千到一万多人，小的自然村寨几百到一千人，较大的自然村寨有一、两千人。除特殊类型的乡镇、村寨外，供水用途单一，主要为生活用水、少量农副产品加工用水，有些旅游服务型村寨有部分餐饮用水，自然村寨还有部分大牲畜用水。用水量少，供水工程的建设规模小。受经济发展的限制，卫生器具的完善程度较低，根据气候条件和生活条件，自然村寨居民综合用水量多在80-120l/（capd）间，乡镇居民综合用水量多在100-150l/（capd）之间，除特殊类型的乡镇、自然村寨外，供水工程的供水规模大多在100m3/d2000m3/d。供水水源距离镇区或者村寨远近不一，输水管线长度较短的1-2km，长的4-6km，少数长达10km及以上。2 常用供水工程输水管线管材输水管道管材的选择一般应符合以下要求：（1）具有一定强度，耐腐蚀性好，能承受所要求的管内外压力；（2）水密性好，不漏水、不渗水；（3）内壁光滑；（4）施工方便可靠。根据以上要求和目前市场上容易采购、广泛应用于村镇供水工程输水管线的管材有钢管、给水离心球墨铸铁管、pe给水管等，其它的有混凝土管、钢筋混凝土管、玻璃钢夹砂管、塑料复合(钢骨架增强)管等。2.1 钢管钢管的主要优点是机械强度好，承受高压能力强，管身的可焊性方便了制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用；钢管的最大和最明显的缺点是易腐蚀，如对钢管的内外防腐处理得当，使用年限也很长。钢管连接一般采取焊接、丝接或者法兰连接；由于推广使用的年限长，用途广，规格齐全，容易采购。由于钢管易腐蚀，为了提高钢管的使用年限和使用效果，逐步出现了内壁有非金属涂层的聚乙烯(pe)钢塑复合管与环氧树脂(ep)钢塑复合管、有的厂家还生产乙烯丙烯酸共聚物(eaa)钢塑复合管，出现了内壁有非金属衬里的聚乙烯(pe)、硬聚氯乙烯(pvcu)、交联聚乙烯(pex)、氯化聚氯乙烯(cpvc)和聚丙烯(pp)钢塑复合管。两种类型的管道均有法兰式、沟槽式和螺纹式等连接方式。2.2 给水离心球墨铸铁管给水铸铁管按制造材质及生产工艺不同分为给水灰口铸铁管和给水离心球墨铸铁管。灰口铸铁管受材质和制造工艺限制，具有质硬而脆、重量大、延展性差，壁厚、金属用量多、施工困难等等突出的缺点，已遭到淘汰，基本不再在供水工程中使用。给水离心球墨铸铁管是将经过球化处理的铸造铁水通过离心浇铸工艺制作成的管道，具有高强度、高延伸性（延伸率10%）、抗腐蚀性能强、管壁薄，节省金属材料等优越性能，有法兰连接、k型机械式柔性连接、t型承插式柔性连接等连接方式，公称直径100mm以上至2000mm均有生产，规格齐全。可采用t型承插式柔性连接的密封性好，安装方便，已广泛应用于供水工程中。2.3 pe给水管pe给水管根据生产管道的聚乙烯原材料不同，目前常用的主要是pe80级、pe100级，pe给水管有着优异的性能特点：无毒，不含重金属添加剂，不结垢，不滋生细菌，卫生条件好。柔韧性好，抗冲击强度高，耐强震、扭曲。独特的电熔焊接和热熔对接技术使接口强度高于管材本体，保证了接口的安全可靠，并可靠保证了管道不漏水。pe给水管的主要缺点是裸露在外安装没有保护措施时，老化速度较快，大大缩短了管道的使用寿命，而且由于pe给水管较柔软，为防止安装破坏，对管道基槽处理、覆土等施工要求较高，暴露在外时人为破坏也较容易，安全性较差。由于使用广泛，目前生产pe给水管的厂家很多，规格型号齐全，容易采购。2.4 其它类型管道除了上述常用的给水管道类型外，较常用的管道有混凝土管、钢筋混凝土管、玻璃钢夹砂管和塑料复合(钢骨架增强)管等。混凝土管、钢筋混凝土管、石棉水泥管、由于承压小、管壁较厚、重量重、运输安装不便、接口多，易漏水等等原因，在中小型供水工程中上已很少使用，仅有少数大型供水工程受多种条件限制用到大口径自应力钢筋混凝土管(spcp、预应力钢筋混凝土管(pcp)和预应力钢筒钢筋混凝土管(pccp)。玻璃钢夹砂给水管具有管轻、强度好、耐腐蚀、水头损失小等优点，并且运输、吊装、连接方便。但管价较其它管材高，以及由于刚性较低，易损坏，管坑的开挖回填的要求高，专业性安装要求高，增加了安装费用等等因素，在给水工程中使用相对较少。钢骨架增强塑料复合管是以钢骨架为增强体，以热塑性塑料为连续基材，在自动控制生产线上将两者均匀复合在一起的双面防腐压力管道，具有柔韧性好，又有较高的强度和刚性，较强的承压能力，承受压力可达1.03.5mpa；管道连接有电熔连接和法兰连接两种。由于管道连接工艺要求高，且管材、管件等造价也比较高，应用得较少。3 供输水管线管材选择影响因素受贵州山区的地形地貌、地质因素影响，结合贵州的地形村镇供水工程的情况，输水管线管材选择时应充分考虑下列因素：3.1 过水能力及运行成本的影响相对来说，村镇供水工程服务地区经济发展较滞后，居民收入低，特别是需加压供水时，尽量降低用水居民水价显得尤其重要，故在供水工程的输水管管材选择时应首要考虑管道的过水能力，相同条件下，尽可能减少管道的水头损失，降低工程运行电耗和运行成本。管道的水头损失包含沿程水头损失和局部水头损失，沿程水头损失可按下式计算1：10.67q1.852lh=c1.852d4.87h沿程水头损失（m）l管道长度（m）d管径（m）q流量（m3/s）c（海曾-威廉）系数，按下表取值：管道种类c值塑料管140新铸铁管、涂水泥砂浆的铸铁管130混凝土管、焊接钢管120根据现行设计规范，局部水头损失一般按沿程水头损失的5-10%计算，但受贵州山区特殊地形影响，输水管线起伏较大、转弯较多，局部水头损失较大，对于较长的输水管线，难以对其局部水头损失进行详细计算，根据笔者在贵州山区供水工程的设计经验，建议按沿程水头损失的10-15%计算。输水工程的电费可计算按下式计算：qh电费=1.05 d （万元） kzq最高日供水量（m3/d）h取水扬程（m）水泵效率，一般按70%-80%计kz日变化系数，一般取1.2d电费单价，按现行单价0.54元/（kwh）以下是几种不同供水规模供水工程的输水管线在经济流速下得水力计算和电耗计算结果表。表1 200m3/d供水工程输水管线计算表序号123456789101供水规模（m3/d）2002管材钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管3c值1201301401201301401201301404管径（mm）655流速（m/s）0.73 6单位沿程水头损失（m/km）13.1 11.3 9.8 13.1 11.3 9.8 13.1 11.3 9.8 7管长(m)1000300050008沿程水头损失(m)13.1 11.3 9.8 39.3 33.9 29.5 65.5 56.4 49.2 9总水头损失(m)15.1 13.0 11.3 45.2 38.9 33.9 75.3 64.9 56.6 10年运行电费（万元)0.38 0.32 0.28 0.61 0.53 0.46 1.88 1.62 1.41 11单位电费（元/m3）0.062 0.053 0.047 0.100 0.086 0.075 0.309 0.267 0.233 表2 500m3/d供水工程输水管线计算表序号123456789101供水规模（m3/d）5002管材钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管3c值1201301401201301401201301404管径（mm）1005流速（m/s）0.77 6单位沿程水头损失（m/km）8.8 7.6 6.6 8.8 7.6 6.6 8.8 7.6 6.6 7管长(m)1000300050008沿程水头损失(m)8.8 7.6 6.6 26.3 22.7 19.8 43.8 37.8 32.9 9总水头损失(m)10.1 8.7 7.6 30.2 26.1 22.7 50.4 43.5 37.9 10年运行电费（万元)0.63 0.54 0.47 1.02 0.88 0.77 3.15 2.72 2.37 11单位电费（元/m3）0.041 0.036 0.031 0.067 0.058 0.050 0.207 0.179 0.156 表3 1000m3/d供水工程输水管线计算表序号123456789101供水规模（m3/d）10002管材钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管3c值1201301401201301401201301404管径（mm）1505流速（m/s）0.69 6单位沿程水头损失（m/km）4.4 3.8 3.3 4.4 3.8 3.3 4.4 3.8 3.3 7管长(m)1000300050008沿程水头损失(m)4.4 3.8 3.3 13.2 11.4 9.9 22.0 18.9 16.5 9总水头损失(m)5.1 4.4 3.8 15.2 13.1 11.4 25.3 21.8 19.0 10年运行电费（万元)0.63 0.54 0.47 1.02 0.88 0.77 3.16 2.72 2.37 11单位电费（元/m3）0.021 0.018 0.016 0.034 0.029 0.025 0.104 0.090 0.078 表4 2000m3/d供水工程输水管线计算表序号123456789101供水规模（m3/d）20002管材钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管钢管球墨管pe管3c值1201301401201301401201301404管径（mm）2005流速（m/s）0.77 6单位沿程水头损失（m/km）3.9 3.4 2.9 3.9 3.4 2.9 3.9 3.4 2.9 7管长(m)1000300050008沿程水头损失(m)3.9 3.4 2.9 11.7 10.1 8.8 19.5 16.8 14.7 9总水头损失(m)4.5 3.9 3.4 13.5 11.6 10.1 22.5 19.4 16.9 10年运行电费（万元)1.12 0.97 0.84 1.82 1.57 1.37 5.62 4.84 4.22 11单位电费（元/m3）0.018 0.016 0.014 0.030 0.026 0.022 0.092 0.080 0.069 由上表可以看出，同管径的pe给水管的理论水头损失和理论电耗分别是钢管、离心球墨铸铁管的75%和87%；工程规模越小、输水管线越长，吨水电耗费用差越大，可达0.10元左右甚至以上，综合折旧、运行管理维护等费用，吨水的水价差距在0.20-0.30元左右，年总电耗费用相差也较多；输水管线越短，不同管材的输水管道水头损失、提升单位水量的电耗费用均相差不多，对水价的影响不明显。故村镇小规模供水工程的输水管线管材选择时应充分考虑工程的供水规模及输水管线的长度影响，规模越小管线越长时，输水管线应考虑优先选用pe给水管，降低工程的运行成本，规模越大管线越短时，各种管材的运行成本差别不大，对水价影响小，这时候应结合其它的影响因素选择合适的输水管管材。3.2 气候条件、地质条件及维护管理的影响贵州属喀斯特地质地区，地质情况复杂，较长输水管线可能会通过不同地质情况的地段，受各种管材的安装要求限制，输水管道管材选择时应充分考虑地质情况的影响。地质条件为情况良好的土质时，输水管一般采用埋地敷设，当管线遇到管槽开挖难度较大、投资较大的岩石时，一般考虑在地面上架空敷设。pe给水管抗老化性能差如遇管道敷设在地面上，虽然添加抗老化剂，但长时间受太阳紫外线照射，也容易老化，缩短使用年限，且管道材质较软，人为破坏较容易，故不宜考虑采用。贵州大部分地区酸雨污染较严重，钢管易受腐蚀，一旦钢管外防腐制作不好，则容易遭受腐蚀，导致使用年限缩短，敷设在地面上时也不宜优先考虑采用。离心球墨铸铁管抗腐蚀性能良好，且一般出厂时均作好内外防腐层，外防腐层质量容易得到保证，安装时只要注意保护好外防腐层，能保证管道的使用寿命，发挥工程投资的效益，故管线在地面上敷设时应优先考虑采用。3.3 交通运输条件、二次搬运的影响 相当部分的供水工程输水管线在荒郊野外，远离交通干线，运输条件差，受贵州山区的地形起伏较大的影响，管道二次搬运困难，搬运费用高，就相同管径、相同压力等级的管道来说，pe给水管与钢管、离心球墨铸铁管比较具有重量轻、搬运轻松的突出优势，钢管和离