玻璃钢管道等四种管材综合性价比.doc

玻璃钢管道等四种管材综合使用性能技术经济分析陈立明 孙雨虹 金龙摘自中国供水与排水杂志九八年第四期引 言合理的选择最佳管材与确定经济管径，是管道工程设计的基本要求。只有通过严格科学的技术分析，才能够准确地找到最优的管材与管径。本文试就对玻璃钢管道等四种管材的对比分析说明经济管径与最佳管材的确定过程。1、 经济分析经济管径的选择：经济管径的选择既要考虑管材、施工等一次性投资，同时还考虑寿命周期内管线的运行维护费用，这两项费用之和最小的方案为最佳经济管径。1.1 管材综合造价：管材综合造价及一次性投资，是由管材价格与安装施工费用等组成。表1所列为钢管（SP）、球墨铸铁管(DI)、预应力钢筋混凝土管（PCP）、以及玻璃钢管道（GRP）的综合造价。表1 四种管材综合造价表管径（mm）管道综合造价（万元/公里）钢管球墨铸铁管预应力钢筋混凝土管玻璃钢管700107.83800146.97201.4996.05140.72900151.99208.3799.33151.811200290.72398.56190.0273.961400356.75508.82240.34349.551500396.961600434.91628.27309.89434.211800515.86754.73355.72549.332000589.30858.86444.65674.901.2 管线运行费用：管线的运行费用即输送介质时为克服摩擦阻力及静水头所需的泵动力与管线的维护费用之和。表2为计算摩阻水头损失及泵动力费用的程序。所用公式如下：水头损失按满宁公式计算： V=1/n*R2/3*S1/2其中：n糙率系数R水利半径，对满流管R=D/4 R=面积/周长=(D/2)2/(*D )=D/4S水力坡度S=H/L年动力计算公式：Py=(9.8*G*F*HL*t/E)*Pc其中：G介质比重；F流量；HL水头损失；t年运行时间；E泵效率；Pc动力价格，本文取0.52元/千瓦时寿命期动力费用闲置计算公式为：A=Py*1-(1-I)-N/I其中：Py年动力费用； I投资收益率； N设计寿命。本比较方案按寿命最短的管材（钢管）40年计。表2 管线运行动力费用比较不同管材克服水头损失所需动力比较： 项目名称 某工程 工程性质 输水管线 管材类型 玻璃钢管等四种管材 时 间 1997.6输入单位玻璃钢管钢管球墨铸铁管预应力钢筋混凝土管管径D毫米1800180018001800管线长度L公里1.01.01.01.0流量F3立方米/日300000300000300000300000介质比重G公斤/立方米1000100010001000泵效率E%70707070动力价格Pc元/千瓦时0.520.520.520.52设计寿命N年40404040投资收益率i10%10%10%10%满宁糙率系数n0.00960.01250.01250.0125结果流速米/秒1.361.361.361.36沿程水头损失H米0.500.840.840.84所需功率HP（马力）马力32.955.855.855.8（千瓦）千瓦24.2041.0441.0441.04年动力消耗量W千瓦时/年千瓦时/年215.110364.702364.702364.702年动力费用（元/年）元/年111857.05189644.79189644.79189644.79寿命期动力费用现值A:(元)元1093855.741854546.001854546.001854546.001.3 管材寿命周期总投资：以上两项之和得到的表36及图14即寿命周期总投资额（维护费用忽略）：1.3.1 管线日输水量7.3万立方米：表3 四种管材寿命周期总投资比较管材类型玻璃钢管钢 管预应力钢筋混凝土管球墨铸铁管管径(mm)700800900800900800900800900流量(m3/日)733337333373333733337333373333733337333373333沿程水头损失(m/km)4.582.251.203.812.033.812.033.812.03使用寿命（年）404040404040404040年泵动力费用（元/年）25165212345665871209309111680209309111680209309111680寿命期动力费用现值(元)24609211207278644160204684510921232046845109212320468451092123管材综合造价（万元/km）107.83140.72151.81146.97151.9996.0599.33201.49208.37寿命期总投资现值（万元/km）353.93261.45216.23351.65261.20300.73208.54406.17317.58比较结果：管线日输水量7.3万立方米，玻璃钢管的总投资高于预应力钢筋混凝土管，低于其他良种管材。1.3.2 管线日输水16万平方米：表4 四种管材寿命周期总投资比较管材类型玻璃钢管钢 管预应力钢筋混凝土管球墨铸铁管管径(mm)120014001500120014001600120014001600120014001600流量(m3/日)160000160000160000160000160000160000160000160000160000160000160000160000沿程水头损失(m/km)1.230.540.372.090.920.452.090.920.452.090.920.45使用寿命（年）404040404040404040404040年泵动力费用（元/年）1475076482344870250087109911539202500871099115392025008710991153920寿命期动力费用现值(元)1442479533957438789244561010748255272872445610107482552728724456101074825527287管材综合造价（万元/km）273.96349.55396.96290.72356.75434.91190.0240.34309.89398.56508.82628.27寿命期总投资现值（万元/km）418.21412.95440.84535.28464.23487.64434.56347.82362.62543.12616.30681.00比较结果：管线日输水16万平方米，玻璃钢管道总投资低于钢管和球墨铸铁管，略高于预应力钢筋混凝土管。1.3.3 管线日输水30万立方米：表5 四种管材寿命周期总投资比较管材类型玻璃钢管钢 管预应力钢筋混凝土管球墨铸铁管管径(mm)150016001800160018002000160018002000160018002000流量(m3/日)300000300000300000300000300000300000300000300000300000300000300000300000沿程水头损失(m/km)1.320.930.501.580.840.481.580.840.481.580.840.48使用寿命（年）404040404040404040404040年泵动力费用（元/年）29577620964111857355430189645108199355430189645108119355430189645108119寿命期动力费用现值(元)289241120500931093856347577018545461057299347577018545461057299347577018545461057229管材综合造价（万元/km）396.96434.21549.33434.91515.86589.30309.89355.72444.65628.27754.73858.86寿命期总投资现值（万元/km）686.20639.22658.72782.49701.31695.03657.47541.17550.38975.85940.18964.59比较结果：管线日输水30万平方米，玻璃钢管道总投资低于钢管和球墨铸铁管，高于预应力钢筋混凝土管。1.3.4 管线日输水40万立方米：表6 四种管材寿命周期总投资比较管材类型玻璃钢管钢 管预应力钢筋混凝土管球墨铸铁管管径(mm)18002000180020001800200018002000流量(m3/日)400000400000400000400000400000400000400000400000沿程水头损失(m/km)0.880.501.500.861.500.861.500.86使用寿命（年）4040404040404040年泵动力费用（元/年）26514315116144952825628144952825628144952825628寿命期动力费用现值(元)25928431478211439596125061894395961250618943959612506189管材综合造价（万元/km）549.33674.90515.86589.30365.72452.78754.73858.86寿命期总投资现值（万元/km）808.62822.73955.46839.92805.92703.401194.331109.48比较结果：管线日输水40万平方米，玻璃钢管道总投资低于钢管和球墨铸铁管，高于预应力钢筋混凝土管。1.4 经济管径选择：通过以上分析比较得到相应于不同流量的经济管径如下：表7 各种流量的经济管径输水量管径（mm）（万立方米/日）其他管材玻璃钢管道40200018003018001600161400140022900（三根）900（三根）2、 技术分析：2.1 四种管材主要特性表8 四种管材主要特性比较名称最大管径（ mm）工作压力（bar）接口形式使用处限生产与应用优 点缺 点钢管设计确定设计确定焊接法兰连接401、传统管材；2、可工厂制作；3、国内使用比较普遍；1、 管材强度高，工作压力也高；2、严密性好；3、能够承受轴向载荷，可安装于陡坡或做明管线；4、修补性好；5、运输、保存均较方便；6、管件种类齐全，连接简单、可靠；1、容易腐蚀，需要加以防腐处理，如防腐处理不当或在运输、安装过程中损坏防腐层，管道寿命将大大降低；2、用焊接法连接的接头弹性较弱，当挠曲或温度变化时，接头处容易开焊；3、水泥砂浆内防腐层不允许环向挠度较大，所以不适宜外载荷较高的情况；4、造价较高；5、钢材用量大；6、对安装人员技术等级要求高，大口径管道施工速度较慢；7、使用寿命相对较短；8、内表面糙率较大，防腐层一旦破坏水力特性会急剧恶化；9、管道锈蚀后会对介质造成二次污染，降低水质；球墨铸铁管1000（国内）2600（国际）10承插或法兰接口501、新型管材；2、国内生产厂家有大连、本溪、 等，最大管径为1000毫米；3、鞍钢、首钢可生产铸态球墨管；4、小口径国内有应用；1、 防腐能力较钢管强，但仍需作防腐处理；2、 可承受较高压力；3、 接头连接简单、可靠。1、会产生腐蚀馏，因此必须作防腐处理；2、重量大，运输、安装费用高；3、单管长度短，安装施工速度慢；4、造价高；5、用铁量大；6、内表面糙率值高，水阻大；7、管道锈蚀后会对介质造成二次污染，降低水质；8、管件不全。预应力钢筋混凝土管设计确定10承插接口胶圈密封501、传统管材；2、国内生产厂家有长春、大连、北京等；3、DN1200以下应用较广泛，DN1400以上距离输水应用较少。1、 抗腐蚀能力较强，通常不需作防腐处理，但应用于含盐量高的土壤中时仍需作阴极保护处理；2、 节约钢材；3、 价格低廉。1、承插接口加工精度要求高，如果间隙不均匀将影响密封，水密性差；2、重量大，运输、安装不方便，并且对地基要求高；3、单管长度小，接头多，安装速度慢；4、管件要由钢管或铸铁代替，无法保证管结线材质的一致性和寿命的同步性；5、管线开孔接支管困难；6、大口径管材质量不稳定，耐压能力低，抗冲击能力差，爆管频率较高；7、内表面糙率值高，水阻大。玻璃钢管道360025双承口套管接头胶圈密封501、新型管材；2、生产厂家有长春、浙江、河北、山东等；3、国内各地曾使用于市政、电力、石油以及水利等行业，发展较快。1、非金属材料，抗腐蚀；2、重量轻、强度高、运输、施工方便；3、单管长度大，胶圈密封，水密性好，安装速度快；4、内表面糙度低，水阻小，水力特性持久，节约电能，管内不易堆积淤泥，管线维护费用低；5、管件种类齐全，连接简单、可靠，保证了管材的统一性与寿命的同步性；7、耐压能力高，抗冲击能力强，运行稳定、可靠；8、输送介质无二次污染，水质好。1、新型管材，国内应用尚少；2、价格较PCP略高。2.2 抗水锤能力比较： 水锤的防护是管线设计中需要考虑的一项重要内容。合理的排气阀门设置及避免突然停泵、关闭阀门等，是避免水锤的有效措施，同时管材自身也应具备一定的抗水锤能力，使水锤造成的爆管事故减到最小。下面是流量F=30万立方米/日时四种管材中产生的水锤压力。表9 水锤计算表玻璃钢管钢管预应力钢筋混凝土管球墨铸铁管管径DN（mm） 16001800180018001800水流速1.731.361.361.361.36水锤波速度45244910028701009直接水锤86.213.912.114.0结论水锤影响小水锤影响小水锤影响大水锤影响大水锤影响大单位：水流速及水锤波速度单位米/秒；直接水锤单位kg/cm2 比较结果：由于玻璃钢管道是低横量薄壁管，其中产生的水锤最小，所以玻璃钢管道受水锤影响也最小。2.3 四种管材的技术性能比较结果：表10 四种管材的技术性能比较结果管材比较项目钢管 球墨铸铁管预应力钢筋混凝土管玻璃钢管比较结果抗腐蚀能力最差较好较好最好玻璃