金信生化供水系統(tǒng)ＰＶＣ－Ｕ供水管材技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1、金信生化供水系統(tǒng)供水管材技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析    摘 要PVC-U管材因其重量輕、水力條件好、使用壽命長、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)在各種供水管網(wǎng)中應(yīng)用日益普及。但是，因價格較高，建設(shè)期投資大，方案比選往往忽略動態(tài)費(fèi)用（例日常運(yùn)行費(fèi)用等），影響了其推廣應(yīng)用。筆者通過遼寧金信生化供水項(xiàng)目實(shí)例對PVC-U管材與傳統(tǒng)管材的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析。關(guān)鍵詞供水 PVC-U管道 比選 費(fèi)用 運(yùn)行成本作者簡介：姜鳳海，1963年出生，男，遼寧鐵嶺，現(xiàn)從事水庫供水管理，工程師。一、引言遼寧金信生化年產(chǎn)60萬噸項(xiàng)目位于開原工業(yè)圓區(qū)，占地72公頃，投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)60萬噸優(yōu)級食用玉米淀粉、3.3萬噸

2、玉米蛋白粉、1.5萬噸玉米油、4.5萬噸玉米胚芽粕飼料和10萬噸纖維飼料的生產(chǎn)能力，年用水量1825萬立方米。流量5萬噸/日。清河水庫位于遼寧省鐵嶺市清河區(qū)，距遼寧金信生化生產(chǎn)廠12km?？烧{(diào)節(jié)水量2.97億立方米，是一座以防洪、農(nóng)業(yè)灌溉，工業(yè)供水為主等綜合利用多年調(diào)節(jié)的大型水利樞紐工程。根據(jù)清河水庫可供水量、水庫水質(zhì)資料分析，清河水庫供給金信生化公司用水是可行的。以傳統(tǒng)管材（球墨鑄鐵管、混凝土管道）為計算準(zhǔn)則，在傳統(tǒng)管材最優(yōu)實(shí)用流速下，以相同輸水能力為基準(zhǔn)，結(jié)合同規(guī)格PVC-U管材進(jìn)行分析比較。原始數(shù)據(jù)：管線流量取Q總=50000 m3/d =0.5787 m3/s；管材選擇：球墨鑄鐵管材D

3、N800（K9級）； 混凝土管DN800；PVC-U管材800×19.6mm ；管線長度L =12000m ；二、管道的技術(shù)可行性分析（一）流速計算 ；式中 di:管材內(nèi)徑（m） ； u：管內(nèi)水的平均流速（m/s）； Q：管材輸水量（m3/s）；代入公式計算：球墨鑄鐵管DN800（K9級）流速：1.15 m/s ；混凝土管DN800 流速：1.15 m/s ；PVC-U管材 流速：1.27米/秒；結(jié)果表明，三種管材流速均在經(jīng)濟(jì)流速范圍之內(nèi)，是可行的。（二）水力計算球墨鑄鐵管水力計算：球墨鑄鐵管內(nèi)流速1.2 m/s時，單位水頭損失計算公式。式中: i：每米管道的水頭損失(m) dj：管

4、材內(nèi)徑（m） v：管內(nèi)水的流速（m/s）代入公式計算：i=0.0029水柱m鋼筋混凝土管水力計算 ：流速系數(shù)C可按下式計算式中: i：每米管道的水頭損失(米)； dj：管材內(nèi)徑（m）；R：水力半徑 滿流取d/4；v：管內(nèi)水的流速（m/s）；C：流速系數(shù)代入公式計算：i=0.00222m水柱PVC-U管材水力計算：塑料管的沿程損失可計算如下：水力摩阻系數(shù)由下式計算：確定管內(nèi)流體的雷諾數(shù)=966216；式中 ： Re：管內(nèi)流體的雷諾數(shù)；di:管材內(nèi)徑（m）；u：管內(nèi)水的流速（m/s）；：水在20下的粘度=1×10-6 （m2/s）；故800×19.6mm管材=0.011。代入水

5、頭損失公式計算： h=0.0012米水柱。結(jié)果表明，PVC-U管材由于內(nèi)壁相當(dāng)光滑，單位長度水頭損失小于同口徑鑄鐵管材或混凝土管，可有效降低水泵的揚(yáng)程，節(jié)約運(yùn)行成本。（三）水錘壓力計算對停泵水錘壓力增值可由以下公式計算：其中壓力波回流速度 ：式中 F水錘壓力（m）；流速變化，取平均流速；壓力波回流的速度（m/s）rw水的重力密度取10×103N/m3 ；K水的體積模量取2200×106 N/m2；Ep管材的彈性模量；PVC-U管材取3000×106 N/m2；球墨鑄鐵管材取160000×106 N/m2；混凝土管取206000×106 N/m2

6、；di：管材內(nèi)徑； en：管材壁厚；壓力波回流速度計算：球墨鑄鐵管材： = 889.8m/s ；則水錘壓力增值：F =104.4米水柱。鋼筋混凝土管：=1374m/s ；則水錘壓力增值： F =161米水柱。PVC-U管材 ：=267m/s；水錘壓力增值：F =35米水柱。計算結(jié)果表明：因?yàn)镻VC-U管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低，可有效防止水錘壓力波動對管材本身造成的危害，提高管道運(yùn)行的安全性能。（四）PVC-U管材最大埋深計算管道在外壓荷載作用下的豎向變形計算公式：W=DH式中 DL：變形滯后系數(shù)，取1.2；Kb：管底弧型土基的基床系數(shù)，當(dāng)土基

7、支撐角90°時，一般采用0.1；EP：管材彈性系數(shù)，取3KN/mm2；IP：管壁單位長度慣性矩e3/12（e為管材壁厚）；Ed：回填土綜合變形模量，取3×10-3KN/mm2；D：管材外徑mm；r0：PVC管計算半徑 (D-e)/2 mm；W：作用在管頂?shù)淖畲笸凛d荷KN/m；：土的容重取18×10-9KN/mm3 ；H：管頂最大埋深mm；F：作用在管頂?shù)淖畲髣虞d荷，當(dāng)埋深大于3米時不考慮動載荷；球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管材具有良好的抗外壓性能，故不考慮抗外壓性能計算，只計算PVC-U管材的抗外壓性能。塑料管材在外壓載荷作用下的豎向變形量不宜大于管直徑的5%，當(dāng)計算

8、管材的最大埋深時，取F=0，計算800×19.6mmPVC-U管材的最大埋深：=5m以上計算均為保守計算，如考慮柔性管“管-土共同作用”，實(shí)際最大埋深可大于理論計算埋深。不難看出，PVC-U管材具有良好的抗外壓性能。三、經(jīng)濟(jì)性能比較（一）單位工程造價比較PVC-U管材：管材價格 892；建安綜合費(fèi)用 94.12；單位工程綜合造價 986.12；球墨鑄鐵管材：管材價格 968；建安綜合費(fèi)用 129.09；單位工程綜合造價 1097.09；鋼筋混凝土管：管材價格 400；建安綜合費(fèi)用 161.55；單位工程綜合造價 561.55；上述主材價格為編者收集，根據(jù)市場動態(tài)應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整；管徑取8

9、00mm；單位取元/米。工程選用PVC-U管材800mm 12000米 。工程費(fèi)用：986.12×12000米 =11833440元工程選用球墨鑄鐵管工程費(fèi)用: 1097.9×12000米 = 13174800元工程選用鋼筋混凝土管工程費(fèi)用:561.55×12000米 = 6738600元（二）常年運(yùn)行費(fèi)用（能耗）比較管網(wǎng)常年運(yùn)行費(fèi)用是通過泵站電能消耗來維持的，泵送壓力輸水部分管線為12公里， PVC-U管材取代球墨鑄鐵管材及鋼筋混凝土管常年運(yùn)行耗電量的節(jié)約按照下式計算：式中 E：年運(yùn)行耗電量（KWh）；Q：日供水量（m3/d）；H：水泵工作全揚(yáng)程差（m）；H=（

10、h球-h塑）×L；Kd：供水日變化系數(shù)取1.2；：機(jī)泵效率取70%；PVC-U管材與球墨鑄鐵管相比 取H=（h球-h塑）×L（2.9-1.2）×12代入公式PVC-U 800×19.6mm管材年節(jié)電量E121KWhPVC-U管材與鋼筋混凝土管相比 取H=（h球-h塑）×L（2.2-1.2）×12代入公式PVC-U 800×19.6mm管材年節(jié)電量E73KWh由此，合理使用PVC-U管材替代球墨鑄鐵管材及鋼筋混凝土管材，日常運(yùn)行費(fèi)用僅用電量一項(xiàng)每年即可大幅降低。（三）常年運(yùn)行費(fèi)用差額折現(xiàn)在目前各種管材的服務(wù)壽命無權(quán)威資料明確說

11、明的情況下，取管道全壽命期均為n=30年（據(jù)報道：pvc-u管材，經(jīng)檢測管材各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均在DIN標(biāo)準(zhǔn)之上，壽命已超過其50年的設(shè)計壽命），折現(xiàn)率取i=7%（公益性，如商用則為12%），殘值為零，管道按當(dāng)年投資當(dāng)年運(yùn)行計算。則：E=E×1+1/(1+i)+1/(1+i)2+1/(1+i)3+1/(1+i)29PVC-U管材與球墨鑄鐵管相比PVC-U800×19.6mm管材年節(jié)電量121 萬KWh則E=192×1+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1+7%)3+1/(1+7%)29=121×12.409=1501.5萬KWhPVC-U管材與鋼筋混凝土

12、管相比PVC-U800×19.6mm管材年節(jié)電量73萬KWh則E=115.4×1+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1+7%)3+1/(1+7%)29=905.9萬KWh結(jié)果表明，當(dāng)保證50000噸/天的輸水狀況下，球墨鑄鐵管及鋼砼管在全壽命期間比塑料管多支出的運(yùn)行費(fèi)用(電耗)折現(xiàn)值如下：（取工業(yè)用電取0.57元/KWh）a)三種管道成本凈現(xiàn)值比較三種管材的常年運(yùn)行費(fèi)用差額折現(xiàn)值與主材工程費(fèi)用存在下列關(guān)系：工程費(fèi)用球墨鑄鐵管較PVC-U管材多支出133.16萬元：工程費(fèi)用鋼筋混凝土管較PVC-U管材多支出-509.48萬元如考慮到鋼筋混凝土管道實(shí)際壽命小于30年（

13、酸堿鹽地區(qū)更短），僅為塑料管材壽命的一半，則鋪設(shè)一條塑料管道相當(dāng)于兩條水泥管道。四、綜合評述與結(jié)論綜合評述：金信生化公司供水系統(tǒng)設(shè)計選用PVC-U管材的優(yōu)點(diǎn)明顯，與同規(guī)格的球墨鑄鐵管及鋼砼管材相比有更好的輸水能力及更低的運(yùn)行費(fèi)用；而其耐腐蝕性、重量輕、安裝簡便、施工費(fèi)用低的特性均優(yōu)于球墨鑄鐵管及鋼砼管材。五、結(jié)論（一）管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時應(yīng)重“動態(tài)分析法”的應(yīng)用，應(yīng)立足未來，對常年運(yùn)行費(fèi)用等動態(tài)經(jīng)營性成本作出準(zhǔn)確的量化分析，把他作為方案評價的重要內(nèi)容。（二）管材選擇時，應(yīng)盡可能選擇低摩阻管材，在相同管徑的條件下它可有效降低常年運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約能源，大幅提高輸水能力，切實(shí)保證管道投資的經(jīng)濟(jì)性與功能性的統(tǒng)一。（三）在出廠水壓相同條件下，低摩阻管道可以保證更遠(yuǎn)距離用戶的水壓要求，減少二級泵站的設(shè)置，有效避免管網(wǎng)中的資用水頭（可利用的水壓）的浪費(fèi)，節(jié)約能源。參考文獻(xiàn)1室外給水設(shè)計規(guī)范中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)2埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)