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HDPE管在長距離輸水工程中的應用

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HDPE管在長距離輸水工程中的應用

發布日期:2017-12-08 作者: 點擊:

1 概述

  HDPE管通常指PE80 (含鋼骨架管)、PE100及超高分子量聚乙烯管。它具有良好的耐高、低溫性能;抗環境應力開裂、抗沖擊、耐老化、耐腐蝕、安裝方便等優點,是我國近幾年來推廣應用的一種新型管材。特別適應在鹽湖、沼澤、戈壁、沙漠等環境惡劣地區的管道敷設。

  由于HDPE管在我國推廣應用的時間不長,相關的管道技術規程尚在編制中,沒有很多的實踐經驗可供借鑒,大規模的推廣應用存在一定的困難。我院從2000年開始對長距離HDPE輸水管在復雜地質條件下敷設進行設計探討。2002年在新疆羅布泊(羅中)設計的一條總長57km、DN200(外徑D225)的長距離輸水管線,全線為HDPE管,至今已安全運行1年有余。2003年又在青海那陵格勒西水源地設計了一條總長156km(主管DN600、支管DN400)的長距離輸水管線,其中長達132km為HDPE管(含超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復合管),至今已安裝60% ,計劃2004年9月投入使用。以上工程均為穿越沼澤、戈壁、沙漠、鹽、等無人區,本文以此為例,淺述長距離HDPE輸水管線在工程應用中若干問題的處理方法。

2管道設計、施工中遇到的幾個問題及解決措施

2.1 水力計算及設計流速

  HDPE管(特別是超高分子量聚乙烯管)內表面非常光滑,流體阻力小。在水力計算上,部分專家、資料建議采用威廉姆斯公式,C值取145~160(超高分子量聚乙烯管取160);《室外聚乙烯給水管道工程技術規程(討論稿)》4.3推薦公式是:I=8.75╳10-4╳Q1.761/Dj4.761。兩個公式計算結果相差不大,采用后者更安全一些。新疆羅布泊長距離輸水管線經一年的運行,實測的運行工況與計算結果基本吻合。

  管道局部水頭損失設計按沿程損失的5%~10%。管徑較小時取10%。

  設計流速主要通過技術經濟比較確定。管徑較小采用較低的流速,管徑較大時可采較高的設計流速。從安全運行的角度考慮長距離非金屬輸水管道的設計流速建議不大于1.5m/s。我院在長距離輸水工程上,DN200管采用的流速為0.7m/s,DN600管流速則采用了1.23m/s。流速過大水頭損失增加較快,管材的壓力等級、工程造價也相應提高,同時增大了水錘發生的機率。例如DN600管,流速1.23m/s時,100km水頭損失已達170m。當輸水管線不長(二十幾公里以內),適當提高設計流速也是合理的。

2.2 工程地質條件復雜地區的輸水管材質選擇

  青海那陵格勒西水源地長距離輸水工程,管線途經沙漠、沼澤、鹽湖等無人區。我院在管材選用方案上進行了詳細的技術經濟比較。對球墨鑄鐵管、焊接鋼管、HDPE管等多種管材選用的比較結果是,采用HDPE管的方案在總投資上節省20%左右。該地區土壤腐蝕劑較強,如選用金屬管材,外壁必需加強級防腐。且金屬管材在沙漠、沼澤、鹽湖地區運輸、安裝極為困難,有些地段根本就無法施工。

  在HDPE管系列中PE80、PE100、鋼骨架塑料復合管及超高分子量聚乙烯管的選擇還需根據管道敷設地段的工程地質情況確定。在設計中一般選用超高分子量聚乙烯管或PE100管,原因是這兩種管性價比高。在穿越沼澤、河流地段,宜選用超高分子量聚乙烯管、鋼骨架塑料復合管。

  長距離金屬管線通常采用一種壁厚的管材。同等外徑的HDPE管管材的壓力等級不同,價格相差較大。為了節省投資,在長距離HDPE輸水管線設計中可將管線分為幾個壓力段。根據管段承壓情況分段選用不同壓等級的管材。我們在長距離輸水工程實踐中通常選擇3、4個壓力等級的管,從0.8~1.6MPa。

2.3 埋地管設置伸縮器問題的探討

  當聚乙烯管道敷設在沼澤地或河底土壤摩擦力較小時,應考慮由溫度變化引起的縱向變形計算。按公式△L=0.13L(△t)計算,在長距離管段,理論計算值較大。我院在新疆羅布泊長距離(57km)輸水工程上作了一個試驗,管線在穿越長16km的鹽沼地采用鋼骨架塑料復合管,未設伸縮器,埋深:1.3m。其余地段管道則設有套筒式伸縮器。經過1年多的運行,均未出現問題。工程實踐證明,管道在穿越復雜地質條件地段時,應具體情況具體分析。當管道埋設較深時可不考慮伸縮器的設置。

 

2.4 排氣閥設置的最大間距及特殊閥門的設置

  通常在管線的凸處設排氣閥。但在長距離HDPE輸水管線設計中,較平坦的地段每間隔一定的距離還需設置排氣閥,及時排氣,以確保系統的穩定。而在沼澤、鹽堿地排氣閥如果設置過密,可能因排氣閥的滲漏,增大了安全隱患。在排氣閥設置的允許最大間距上,國內資料介紹不多,從我院所設計的多條已投入運行的長輸管線來看,設置最大間距為4km ,未出現問題。在局部坡度較大的地段,設計排氣閥的最大間距為2km。

控制管道超壓是保證系統安全運行的關鍵。在輸水管道部分可能出現超壓的管段設置可調式減穩壓閥,控制最不利點可能出現的壓力波動也是必要的。

2.5 支墩的設置

  采用HDPE管長距離輸水宜按相關的管道技術規程規定設置止推礅、固定礅、防滑礅。支礅的混凝土強度不低于C15,且管外壁須用3mm厚彈性緩沖層包裹。特別是管線中的閥門處必須設固定礅,將閥門錨固井底板。在管道豎向坡度大于10度時宜做混凝土防滑礅。防滑礅基礎必須澆鑄在管基下開挖的原狀土內。防滑礅與上部管道的錨固采用澆鑄混凝土全包。

2.6 特殊地質條件下的管道基礎及土壤回填

  在我院設計的幾條長距離HDPE管輸水工程中,管線敷設的條件均較差。途經的是沙漠、沼澤、戈壁灘、鹽湖,符合相關管道技術規程要求的回填土壤在管線附近幾十公里都較難找到。設計要求與管道接觸的基礎表面無硬塊和其它突出物即可。施工中主要控制管頂及管道兩側回填區的壓實系數達到設計要求,管頂不低于0.85,管道兩側不低于0.95。通常在戈壁、沙漠中較干的砂礫石是無法達到上述要求的,必需采取澆水等措施。在鹽湖地區敷管,應將表層堅硬鹽殼 (一般為0.2~0.6m)剝離,采用下部較細顆粒的鹽漬土回填。 

3 體會 

  HDPE管作為新型管材之一,在長距離輸水工程中應用越來越多。如何保證系統的安全、經濟、合理,及時編制、出版相應的工程技術規程是當務之急。

HDPE管在長距離輸水工程的成功應用,是和管材本身的產品質量、設計質量、施工質量及科學管理分不開的。優化的設計方案是工程能否實現安全、經濟、合理的關鍵。


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