长距离中水输送管道选型研究

　　摘要：城市中水作为电厂主要水源已经越来越普遍，现结合某电厂一期工程工程实践，从管道的技术和经济性两方面，对各种常用管材进行了技术经济比较，推荐采用预应力钢套筒混凝土管道作为电厂供水管材。同时认为PE管和夹砂玻璃钢管在一定适用条件下也是比较好的中水输送管材。
　　关键词：长距离；中水；管道；技术经济比较
　　1、工程概况
　　某电厂本期建设2×600MW机组，厂址位于市区北约5km，电厂循环水及锅炉用水的补充水量约2388m3/h，采用市区污水处理厂经过二级生物处理的出水。
　　市区污水处理厂与电厂距离约35km，电厂厂址处地面标高比污水处理厂高约44m，采用一级升压供水。因电厂有可靠的备用水源，中水供水管道采用单根管道供水。
　　2、长距离输水工程管材的选择
　　在电厂长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质等情况，进行技术、经济、安全等方面论证综合比较后确定。
　　目前我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。目前长距离输水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管与预应力钢筒混凝土管、玻璃钢管、PE管等方面选择，以下结合本工程特点分别就各种管材进行论述。
　　2.1焊接钢管
　　焊接钢管是应用最普遍的管道之一。钢管的优点是强度高，耐振动、重量轻、长度大、接头少和加工接口方便等。缺点是易生锈，不耐腐蚀，因此必须采取防腐措施。本工程输送介质为中水，根据《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）“再生水输配水管道宜采用非金属管道。当使用金属管道时，应进行防腐蚀处理”的规定，工程采用焊接钢管时，需对焊接钢管进行防腐处理。
　　采用焊接钢管内防腐工作量大，且施工质量不易保证。
　　2.2铸铁管和球墨铸铁管
　　铸铁管按材质可分为灰口铸铁管和球墨铸铁管。灰口铸铁管安装方便，价格低廉，具有较强的耐腐蚀性，但由于灰口铸铁管口径不大、材质不稳定，性质脆，不耐振动弯折，因此事故较多，在长距离输水工程中很少采用。
　　球墨铸铁管具有钢管的柔性及铸铁管的耐腐蚀性，其强度比钢管大，延伸率也高出10%，运输，吊装性能好，采用柔性接头，安装省时省力。其缺点是价格较高。
　　2.3预应力钢筋混凝土管
　　预应力钢筋混凝土管因加工工艺简单、造价低、较适合我国的经济状况而应用普遍。预应力混凝土管口径一般在2000mm以下，工作压力在0.4～0.8MPa。本工程中水输送管道压力较高，预应力钢筋混凝土管不满足要求。
　　2.4预应力钢筒混凝土管（PCCP）
　　预应力钢筒混凝土管是一种由钢板、钢丝和混凝土构成的复合管材。该管的特点是充分发挥了钢材的抗拉、易密封性及混凝土的抗压和耐腐蚀性，管道能承受较高的内压与外部荷载，抗渗性及耐腐蚀性好。管子的接口采用钢制承插口，并设橡胶止水圈(单胶圈或双胶圈)，止水效果好，安装方便，价格也比较低廉。缺点是管道转向、分支、变径时需要采用金属配件，并且需要设计混凝土镇墩。该管目前在厂外长距离输送管线工程中应用十分广泛。
　　2.5玻璃钢管及夹砂玻璃钢管
　　玻璃钢管是一种新型的复合材料管，它主要以玻璃纤维纱作为增强材料和树脂作为基体制成，玻璃钢管应用十分广泛。随着玻璃钢管的普及应用，又出现了夹砂玻璃钢管（简称RPMP），这种管道不仅从性能上提高了管材刚度，而且降低了管道的成本。夹砂玻璃钢管具有以下优点：
　　1）优良的耐腐蚀性能；
　　2）无毒害、无二次污染
　　3）比重小、重量轻，比重仅为钢、铸铁管的1/4—1/5，混凝土的2/3。管道重量大约占同规格、同长度球墨铸铁管的1/4，混凝土管的1/10。因此，装卸方便，易于安装。
　　4）水力学性能优异、节能效果好。夹砂玻璃钢管具有光滑的内表面，摩阻系数小，水力流体特性好。
　　目前夹砂玻璃钢管道生产厂家良莠不齐，导致出现了一些工程事故，但只要从生产厂家和生产原材料等方面进行控制，也能满足工程要求，并有成功的工程实例。当压力较低，夹砂量较大时，管道价格低廉，能节省工程造价，适应于中压及高压供水的夹砂量很少的夹砂玻璃钢管道或纯玻璃钢管道价格较高，主要用于石油工业等特殊用途，在长距离输水工程中很少采用。
　　2.6PE管
　　PE管有如下特点：
　　1）优良的耐腐蚀性能；
　　2）无毒害、无二次污染
　　3）比重小、重量轻，接口材质、结构与管体本身均为PE材质，易于安装。
　　4）水力学性能优异、与夹砂玻璃钢管相近，节省能耗。
　　5）接口采用热熔对接和电熔对接，施工简单。
　　6）因管道断裂伸长率较大，对地基的不均匀沉降力较强。
　　7）大口径PE管道价格较高。
　　2.7钢骨架塑料复合管
　　钢骨架塑料复合管是将PE与钢骨架熔为一体，相互交织的一种新型管材。它具有重量轻，强度高，耐腐蚀性能好，耐磨，安装施工方便，管道内壁光滑，节能节材，寿命长等一系列优点。缺点是价格较高。钢骨架塑料复合管最大口径为500mm，难以满足本工程输水量要求。
　　3管道的技术经济比较
　　管道的技术经济比较方法采用电力工程中常用的“年费用最小法”，即将投资按计算出的年固定费用率分摊至每一年中，再加上升压水泵年耗电电费等运行费为年总费用，其中年总费用值小者方案优，技术经济比较结果见表1。技术经济比较中数据取值如下：
　　1）根据《火力发电厂水工设计规范》，年固定费分摊率AFCR：
　　AFCR＝CR＋MR
　　CR――资金回收系数
　　MR――大修费率，可取2.5%。
　　资金回收系数计算公式：
　　CR＝i(1＋i)n/[(1＋i)n-1]
　　i――投资回收率；本工程i=9.42%。
　　n――工程经济使用年限，可取n=20。
　　根据以上公式计算出AFCR＝13.78%
　　2）局部水头损失按沿程水头损失的10%计算；
　　3）年运行小时数5500h，水泵小时耗电：N=9.8Qh/0.72,年耗电量：E=N•5500kW•h。其中水泵效率取0.8，电机效率取0.9；
　　4）因厂外电源采用城市电源，电费按郑州市城市工业用电取值，为0.61元/kW•h。
　　5）工程造价中包含管材费、安装费、建筑费。
　　4 结论
　　4.1采用DN900钢套筒混凝土管道年总费用最小，钢套筒混凝土管道在我国一些长距离重点输水工程有较多的应用，因此本工程厂外中水供水系统首推DN900钢套筒混凝土管道；
　　4.2在相同管径的情况下，夹砂玻璃钢管及PE管沿程水头损失最小，年耗电量最少。其沿程水头损失大约为其它各种管材的59%-62%；在相同输水流量和水头损失情况下，采用夹砂玻璃钢管和PE管可减少一级管径；
　　4.3本工程输水压力较高，夹砂玻璃钢管夹砂量少，造价高，在压力较低的输水工程中，夹砂玻璃钢管有造价优势，其经济性好于钢套筒混凝土管道；
　　4.4大口径PE管道造价偏高，小口径PE管造价较低，当采用小管径（直径500mm以下）管道输水时，PE管的经济性也比较好。
　　参考文献：
　　1、 火力发电厂水工设计规范DL/T5339-2006
　　2、 污水再生利用工程设计规范GB50335-2002