頂山144km玻璃鋼供水管道工程設(shè)計總結(jié)(3)(1)

1、頂山144km玻璃鋼供水管道工程設(shè)計總結(jié)（3）(1) 摘要：頂山供水管道工程是為解決北疆供水工程施工、運(yùn)行而興建的一項附屬工程，設(shè)計流量384m3/h，最大日供水量9000m3/d。該工程的特點是水位差大，總可利用水頭達(dá)143m，是一個可以充分利用地形實現(xiàn)122km管道重力輸水的供水工程，輸水干管總長達(dá)144km，水泵揚(yáng)水部分占22km。本文簡要介紹該管道工程設(shè)計遇到主要問題及解決對策。 關(guān)鍵詞：玻璃鋼管道 長距離 供水 設(shè)計 總結(jié) 管道設(shè)計 水力學(xué)計算 進(jìn)行管道水力學(xué)分析計算時，重點研究水頭損失、水錘現(xiàn)象。本次玻璃鋼管水力計算采用玻璃鋼加砂管道中介紹的公式計算，即先計算雷諾數(shù)，然后根據(jù)公式進(jìn)

2、行判斷，是屬于水力光滑區(qū)，還是粗糙區(qū)，還是混合摩擦區(qū)，最后按不同的公式計算水力坡降和水頭損失。 節(jié)點流量及管段流量計算：按供水區(qū)段流量沿渠線長的線形分布進(jìn)行計算，管段流量根據(jù)流進(jìn)節(jié)點的流量等于流出節(jié)點的流量進(jìn)行計算。 管道基本水力學(xué)計算：本工程管內(nèi)的水流為壓力管流，其過水能力按壓力管道公式進(jìn)行計算：Q=1/2，式 中Q過水流量，過水?dāng)嗝婷娣e，Z進(jìn)出口水位差，即總水頭損失，流量系數(shù)，與管內(nèi)沿程摩擦損失及局部阻力損失有關(guān)。最關(guān)鍵的參數(shù)為管徑、總水頭等參數(shù)，選定一種管材后，糙率確定，試算管徑、流速，直至得到合適的管徑、流速。 雷諾數(shù)、當(dāng)量粗糙度、水力摩阻系數(shù)計算：按水力學(xué)有關(guān)公式計算雷諾數(shù)、當(dāng)量粗糙

3、度，根據(jù)雷諾數(shù)、當(dāng)量粗糙度判別水流狀態(tài)，選擇不同公式計算水力摩阻系數(shù) 計算水力坡降：管道水力坡降計算按壓力管道計算公式進(jìn)行計算，即J=/d*，J管道水力坡降，管道水力摩阻系數(shù)，d管徑，v管內(nèi)流速，g重力加速度。 管道水頭損失計算：管道總水頭損失為沿程水頭損失與局部水頭損失之和，管段沿程水頭損失按計算出的管道水力坡降計算，局部水頭損失初估為沿程水頭損失的10%，等管線布置完成后再根據(jù)閥門、彎頭等詳細(xì)計算。 管道水壓計算：按照最不利供水節(jié)點的控制自由水壓取計，自由水壓為水壓標(biāo)高減去地面標(biāo)高，水壓標(biāo)高應(yīng)從最不利供水節(jié)點向水源點或供水點計算。為工程運(yùn)行安全計，全供水管道水壓按各段靜水壓選取管道，即當(dāng)管

4、道下游關(guān)閉止回閥時，由泵站揚(yáng)水所形成的最大水壓。 水錘防護(hù)計算：凡是有泵及壓力管道的地方就會有水錘，因此水錘是長距離輸水工程的一個重要的技術(shù)問題， 也是造成工程事故的一個主要原因。揚(yáng)水泵站及壓力最高段管道是水錘防護(hù)的重點，設(shè)計主要是分析出現(xiàn)水錘的可能性，研究出現(xiàn)水錘現(xiàn)象時管道的承受能力，并考慮合適的工程措施加以解決。當(dāng)有壓管路中某一點管路中的工作部件工作狀態(tài)的改變，會引起管內(nèi)流速的急劇變化，從而引起流體壓強(qiáng)大幅度的改變，這種水擊壓強(qiáng)的升高和降低，可以達(dá)到很高的數(shù)值，有時甚至?xí)鸸艿绹?yán)重變形，或發(fā)生管壁破裂等嚴(yán)重事故。 水錘現(xiàn)象計算公式參考水力學(xué)，主要計算公式如表3。按不同壁厚計算本工程不同壓

5、力發(fā)生水錘時的最大流量及流速變化如表4。設(shè)計要求V m/s，從計算結(jié)果分析，均可以滿足要求。為安全起見，在一級揚(yáng)水泵站出口處加設(shè)液控緩閉止回閥，防止過大水擊壓力破壞管道及水泵。 表3 有壓長輸管道水錘計算公式 項目 波速計算 壓強(qiáng)水頭增量計算 壓強(qiáng)增量 計算 公式 公式 含義 表4 不同壁厚壓力管道發(fā)生水錘時流速增量變化 管徑 管壁 厚度 管壁允許 環(huán)向拉應(yīng)力 液體體積 彈性系數(shù) 管壁材料 彈性系數(shù) 彈性波速 壓強(qiáng)增量 流速變化 最大流量 D t y K Ey C p v Q 30 1960 21 1800000 30 1960 21 1650000 30 1960 21 1500000 30

6、 1960 21 1350000 結(jié)構(gòu)計算 玻璃鋼管道參考以往工程經(jīng)驗、投資、以及管線制造特點，根據(jù)設(shè)計壓力分為兩類：工壓大于采用純聚酯玻璃鋼管道，工壓小于等于采用玻璃鋼夾砂管道，剛度均為SN5000。按照J(rèn)C552-94及JC/T838-1998玻璃鋼設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計，并由廠家進(jìn)行管道壁厚分析計算，同設(shè)計管道壁厚進(jìn)行分析比較，重點研究管道設(shè)計工作年限、管道環(huán)向失效應(yīng)力、剛度等參數(shù)。廠家根據(jù)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行鋪層設(shè)計,確定參數(shù)后進(jìn)行生產(chǎn)，并按規(guī)范要求進(jìn)行生產(chǎn)。該項設(shè)計的主要目的是確定管道壁厚。 附屬設(shè)施 排氣閥設(shè)置 水在輸水管道運(yùn)行時，實際上是水氣兩相流。因此在長距離輸水管道設(shè)計時，應(yīng)依

7、據(jù)輸水管道的縱向布置，分析研究計算可能出現(xiàn)的不同工況下水的流動狀態(tài)，選擇合適的位置布置一定數(shù)量的排氣閥，在管線的水平段，排氣的問題更突出，因此在設(shè)計時一般人為的把管線布置成一個高點，設(shè)置排氣閥，而且水平距段根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置。排氣閥的選擇也很重要，因為管道中運(yùn)行時，水在管道中的狀態(tài)很復(fù)雜。根據(jù)國外水錘研究者提供氣水兩相流可分為六種流態(tài)，即層狀流、波狀層、段塞流、氣團(tuán)流、泡沫流、環(huán)狀流，由于水流 流態(tài)的復(fù)雜性，也就產(chǎn)生了排氣的困難，因此除了確定排氣閥的合理數(shù)量，合適位置，對排氣閥種類與性能也應(yīng)充分重視。 根據(jù)多個工程的調(diào)查情況，排氣閥過多會造成管理上的困難及增加投資，過少會影響管道進(jìn)排氣，造成工程事故

8、。很多資料介紹排氣閥應(yīng)6001000m設(shè)置一處，在多次研究、咨詢的基礎(chǔ)上，確定本工程共布置 DN80排氣閥89處，距離最短的相距700m，最遠(yuǎn)的相距3000m，平均一處。 考慮到水源地未設(shè)置凈水裝置，所有排氣閥底部與閘閥連接處加裝了緩沖閥，防止雜草等堵塞氣閥，根據(jù)市場調(diào)研情況選擇復(fù)合式進(jìn)排氣閥，大孔用于強(qiáng)排，平時微量排氣靠小孔實現(xiàn)，材質(zhì)為球墨鑄鐵。 分水、排水閥井設(shè)置 在管道每隔5公里設(shè)一處分水閥井，管道上設(shè)立分水井的目的：一方面為施工單位分水之用；另一方面在管道檢修時，能利用井內(nèi)的阻斷閥截斷水流；再一方面出現(xiàn)事故時可以緊急關(guān)閉。分水管直徑一般為輸水管直徑的1/3，分水閥直徑等同分水管直徑。主

9、管直徑DN=400，排水閥直徑DN=150，全線共布置31處分水閥井。阻斷閥門采用法蘭式手動蝶閥，材質(zhì)為球墨鑄鐵，分水閥門采用法蘭式手動閘閥，后接水表計量，閥門材質(zhì)為球墨鑄鐵。 管道的低凹處應(yīng)設(shè)泄水管及排水閥井，管道上設(shè)立排水 井的目的：一方面在沖洗管道時能把管內(nèi)沉淀雜物、泥沙沖刷排凈；另一方面在管道檢修時，能把管內(nèi)存水放空。泄水管宜接至溝底或低洼處，當(dāng)不能直接排出時，應(yīng)設(shè)集水井，用水泵將水排走，泄水管直徑一般為輸水管直徑的1/3，排水閥直徑等同泄水管直徑。主管直徑DN=400，排水閥直徑DN=150。分水閥門采用法蘭式手動閘閥，閥門材質(zhì)為球墨鑄鐵。排水閥井根據(jù)地形需要共設(shè)置62處。 跨河建筑

10、物 管道在118000處穿越渠道，渠寬24m，為防止管道振動，設(shè)計采用鋼桁架橋通過，跨徑26m，寬度，渠道兩側(cè)設(shè)鋼筋砼橋臺，玻璃鋼管采用巖棉保溫處理。 跨路保護(hù) 本工程與各種永久道路、臨時公路相交處共17處，對于永久公路及汽車荷載超過汽20標(biāo)準(zhǔn)的，均采用鋼套管穿越，減少干擾，避免隱患，確保運(yùn)行安全。對于臨時路口及小車通過的，采取加固次管區(qū)的辦法，即將該段管道次管區(qū)及機(jī)械回填部分全部采用人工分層回填夯實，直至地面。 管道連接件及其他 玻璃鋼管道在實際使用當(dāng)中需要與各類管道、閥門、鋼制件、水池等進(jìn)行連接，各種連接件如法蘭、彎頭、大小頭等均可以采用玻璃鋼手工糊制生產(chǎn)，也可采用鋼制件。根據(jù) 類似工程調(diào)

11、查情況結(jié)合管道維修、運(yùn)行等，確定管道與閥井的連接件全部采用鋼制件。少量彎頭、對接部分采用手工糊制，并按設(shè)計壓力倍加強(qiáng)處理。 本工程設(shè)計長連接鋼短管共186個，連接鋼三通93處，手工糊制DN75三通89處，各種不同轉(zhuǎn)角彎頭75處，平糊對接接頭30處。 3 水壓試驗及接口小壓試驗問題 水壓試驗 埋地給水排水玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂管管道工程施工及驗收規(guī)程CECS12920XX及給水排水管道工程施工及驗收規(guī)程GB5026897均規(guī)定：管道安裝后應(yīng)盡早進(jìn)行水壓試驗，每次水壓試驗長度不宜超過1km。具體到工程而言，對于長距離供水工程由于受地形限制，管道設(shè)計一般隨自然坡度及采用埋地式設(shè)計，有些地段同一壓

12、力等級連續(xù)長710km，有些地段一個壓力等級可能只有不到1km。水壓試驗的目的是驗證管道的滲水量是否符合規(guī)程要求以及檢驗管道的總體質(zhì)量，水壓試驗分段長度應(yīng)結(jié)合管徑、水源點、地形條件、土壤條件、堵頭位置等綜合考慮。頂山供水工程管徑DN350DN400、設(shè)計壓力，全長144km，經(jīng)研究后設(shè)計在技術(shù)要求中明確指出水壓試驗分段長度一般35km，最大不超過10km。施工當(dāng)中，經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理、施工單位認(rèn)真研究分析，根據(jù)堵頭位置、壓力等級確定了現(xiàn)場分段 試壓長度，其中部分管段分段試壓情況見表5，經(jīng)過詳細(xì)周密的計算分析、準(zhǔn)備，各分段均一次試壓成功，經(jīng)運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)任何問題。 表5 頂山供水工程部分管段分段試壓情況

13、管徑 壓力等級 試驗壓力 分段長度 備 注 350 玻璃鋼管道 400 玻璃鋼夾砂管道 400 玻璃鋼管道 400 玻璃鋼管道 400 玻璃鋼管道 因此對于中小型管道，分段長度可以適當(dāng)放大，但必須要有詳細(xì)周密的措施保證，防止出現(xiàn)管道變形、接頭錯位等問題。 接口小壓試驗 采用雙“O”型橡膠密封圈連接的玻璃鋼管道，承插口的兩道密封圈之間留有一定的孔隙，通過在兩道密封圈之間安裝打壓嘴進(jìn)行壓力檢測可以很快發(fā)現(xiàn)接頭安裝的是否正確，俗稱“小壓試驗”。小口徑管道施工一般均不做要求，通過水壓試驗來驗證安裝的正確性。但通過對本工程流沙段的實施發(fā)現(xiàn)，由于受安裝工人的素質(zhì)影響，個別管道安裝仍然受人工、氣溫影響較大，因此對于地形起伏較大、氣溫變化劇烈、穿越交叉建筑物等地段，最好堅持安裝后立即進(jìn)行小壓試驗，以保證整個管道安裝之后的氣密性，避免返工，影響工期。 后記： 本文簡要的介紹了頂山長距離供水管道工程在設(shè)計應(yīng)用當(dāng)中遇到的幾個問題，并結(jié)合實際情況提出了解決方案。長距離供水管道工程設(shè)計較為復(fù)雜，其管材選擇、斷面布置、進(jìn)排氣閥設(shè)置、水錘防護(hù)、連接形式、閥井設(shè)施布置與城市供水有較大差別，均需要進(jìn)行認(rèn)真、細(xì)致的研究，與已建類似工程進(jìn)行比較及針求專家意見是非常有效的措施，比如本工程排氣閥布置、分段試壓等均與規(guī)范有所不同，但經(jīng)過仔細(xì)分析