长距离输水管线设计

作者：张静 韩翼臣

来源：《城市建设理论研究》2014年第04期

        摘要 ：介绍长距离输水管线的设计原则、设计特点及设计人员在设计过程中应注意的问题。

        关键词：长距离；输水管线；设计

        Design for Long Distance Water Pipeline

        ZHANGJingHANYi-chen

        (CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co. Ltd. Jilin Design Institute, Jilin132002，China)

        Abstract: Design principles and characteristics of long distance water pipeline were introduced. Points for attention of designer in designing were expounded.

        Key words: long distance；water pipeline；design

        中图分类号： S611文献标识码： A

        目前越来越多的新建大型工艺装置，按城市统一规划要求远离城镇居民聚居地，从而导致其距水源地较远，需要长距离输水，来保证装置的安全用水。以下是对长距离输水管线设计的一些体会。

        1．长距离管道输水工程的特点

        输水距离长，沿途地形条件比较复杂，压力流输水管线有升有降，起伏不平。根据管线布置要求和运行要求，管路需要安装许多附件，如排气阀、泄水阀、连通阀等。

        2．长距离输水管道设计

        2.1长距离输水管线路径选择

        （1）管线路径应尽量做到线路短，起伏小，土石方少，造价经济，少占农田。

        （2）走向和位置应符合城市和工业企业的规划要求，并尽可能沿现有道路和规划道路敷设，便于施工和维护。

        （3）应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区，并应避开滑坡、塌方以及易发生泥石流和高侵蚀性土壤地区。

        （4）管线路径的选择还应考虑近远期结合和分期实施的可能。

        2.2长距离输水管道管材的选择

        合理选择管材对长距离输水工程十分重要，不仅是保证输水管道安全运行的关键，而且还决定工程造价的高低。管材选择除应考虑管径、内压、外部荷载、管道敷设区的地形地质、管材的供应外，还应考虑施方便、运行安全、经济合理等因素。在长距离输水工程中，常用的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管等。

        （1）钢管

        钢管应用历史较长，范围较广，输水工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。其优点是适应性强，加工灵活方便，可承受较高的内压；缺点是钢管防腐复杂，质量不好保证，总造价高，一旦防腐处理不当，将直接影响其使用寿命和输水能力。

        （2）球墨铸铁管

        球墨铸铁管强度比钢管大，延伸率也高出10%，用于国内输水工程已有10多年时间，在生产使用过程中已经积累了一定经验。同时球墨铸铁管耐腐蚀能力强，采用T型接口，施工安装方便，有很强的适应地基变形和抗震能力，但价格较贵。

        （3）预应力钢筋混凝土管

        预应力混凝土管因加工工艺简单、造价低、抗震性能和水利条件好、不需要防腐处理，较适合我国的经济状况而应用普遍。但管材制作过程中存在弊病，如三阶段管喷浆质量不稳定，易脱落和起鼓；一阶段管在施加预应力时不易控制(特别在插口端部)，且因体积重量大造成运输安装都不方便，使其应用受到了。

        （4）玻璃钢管

        玻璃钢管的特点是强度较高，重量轻，耐腐蚀，不结垢，内壁光滑阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他材质管道水头损失小、节省能耗。玻璃钢管的连接也采用承插式，并设置胶圈，安装很方便。玻璃钢管相对而言壁薄，为柔性管道，对基础与回填要求较高。寿命一般为50年。

        2.3长距离输水管道的数量

        （1）输水管的根数需要根据给水系统的重要性、输水规模、分期建设的安排，以及是否有安全贮水池等因素全面考虑确定。

        （2）不得间断供水的输水工程，一般应设两条输水管，当有其他安全供水设施时，可只设一条；如输水距离较远时，也可敷设一条，同时修建相当容量的安全贮水池。

        （3）允许间断供水的给水工程或一处水源并不影响整个供水系统供水的多水源工程，一般可只设一条输水管。

        2.4长距离输水管道的埋设深度

        管道的埋设深度既要满足于管子的强度要求，又要考虑冻土层厚度及耕作要求。非冰冻地区管道的管顶埋深，主要由外部荷载、管材强度及管道交叉等因素决定，一定不小于0.7m；冰冻地区管道的管顶埋深除决定于上述因素外，还需要考虑土壤的冰冻深度。为保证非金属管道不因动荷载的冲击破裂而降低强度，其管顶覆土深度应不小于1.0~1.2米。

        2.5长距离输水管道排气阀的设置

        管道在运行过程中,水中的气体将会逸出在管道高起部位积累起来,甚至形成气阻,当管中水流发生波动时,隆起的部位形成的气囊,将不断被压缩、扩张,气体压缩后所产生的压强,要比水被压缩后所产生的压强大几十倍甚至几百倍,此时管道极易发生破裂。这些气体需要通过排气阀迅速排除，否则将减少过水断面，产生气阻，影响管道的输水能力。当向管道注水时，管内气体排出越快，进水速度也越快；如果进水水压过高，且管道排气不畅，往往会产生水锤事故。因此，需要在管道的每一处高点或已产生水柱拉断的地方安装排气阀，以便能排除管道内积存的气体，保证管道通水能力，防止水锤发生。在管道出现负压时，及时向管道内吸入空气，在水柱相撞时起缓冲作用，以降低水锤压力，防止破坏管道接口或管道本身。

        排气阀是输水管道的呼吸器，当管道排水放空时，它大量吸气，避免管道内形成负压而损坏；当管道灌水时，它大量排气，让管道内快速灌满水；在管道输水过程中，水里释放出的少量气体亦应就近排掉。因而排气阀应是复式的排气阀，既有快排、快吸的功能。要求快排时，排气口的风速超过100m/s时也不封堵；又要有小孔释放少量积气的功能。

        综上，管道设计时应设计排气阀，排气阀应设置在最高点，垂直安装；地下管道排气阀应设置在井内，采取保温措施，在长距离的输水管道上，每隔500~1000m应考虑设置一个排气阀。一般在起伏不大的平原地区,挖槽时应人为的将管线设计出起伏,呈循环上升或下降，坡度不小于1/500，每公里在最高处设置1~2个排气阀；在起伏较大的丘陵或山区，应在每个起伏的最高点设置一个排气阀，排气阀的规格是原管道直径的1/8~1/10。

        2.6长距离输水管道泄水阀的设置

        按照规范要求，在管线的最低点需安装泄水阀，可以排除沉淀物以及检修时放空管内存水。实际上，在安装排气阀制造至高点的同时，也就相应制造了最低点。如果在每一个低洼处安装一个泄水阀，不仅投资太大，而且从运行角度讲也不必要。反之，不设泄水阀，局部管道就放不空，影响管道检修。故要根据管线埋设深度及最高点和最低点高差合理确定泄水阀的数量和位置。

        2.7长距离输水管道连通阀的设置

        对于两条以上的输水管为保证供水安全性，一般应设连通管，两条连通管之间的距离以10km为宜，且应尽可能安设在容易出现故障的高压段，连通管必需固定好，防止关闸时发生位移使管道脱节漏水。

        2.8长距离输水管道粗糙系数的n值

        球墨铸铁管和钢管采用水泥砂浆内衬的粗糙系数与预应力钢筋混凝土管是一致的，按新規范的规定n值的取值范围为0.011≤n≤0.04。管道水力计算一般情况下采用曼宁公式，对于管道水力计算，选择n值的大小，对于短距离输水影响甚微，但对于长距离输水的影响不可忽视。由于近年来制管工艺和技术的进步，管壁的光滑程度越来越好，依据工程实际经验，如果输水工程采用上述4种管材，n值取0.012是比较符合工程实际的。

        3．结束语

        长距离管道输水工程涉及到设计方案、设计依据等许多技术问题，且与施工及运行管理有密切关系。近年来长距离输水工程愈来愈多，技术问题也愈来愈复杂，该领域已积累了一定的工程经验，随着今后更长距离管道输水工程实践，这方面的成功经验将更多，工程的设计、施工和运行管理经验等诸多方面将更加完善。

        参考文献：

        1.《室外给水设计规范》 主编：上海市建设和交通委员会

        2.《给水排水设计手册》 第三册 城镇给水（第二版） 主编：上海市政工程设计研究院

        作者简介：

        张静（1971.4-） 女，汉族，吉林省吉林人，毕业于吉林建筑工程学院，任职于中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院高级工程师从事给排水工程设计工作

        韩翼臣（1984.6-） 男，汉族，吉林省吉林人，毕业于大庆石油学院，任职于中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院助理工程师从事给排水工程设计工作