頂山144km玻璃鋼供水管道工程設(shè)計(jì)總結(jié)（3）(1)

1、頂山144km玻璃鋼供水管道工程設(shè)計(jì)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(xiàng)附屬工程，設(shè)計(jì)流量384m3/h，最大日供水量9000m3/d。該工程的特點(diǎn)是水位差大，總可利用水頭達(dá)143m，是一個(gè)可以充分利用地形實(shí)現(xiàn)122km管道重力輸水的供水工程，輸水干管總長(zhǎng)達(dá)144km，水泵揚(yáng)水部分占22km。本文簡(jiǎn)要介紹該管道工程設(shè)計(jì)遇到主要問題及解決對(duì)策。 關(guān)鍵詞：玻璃鋼管道 長(zhǎng)距離 供水 設(shè)計(jì) 總結(jié) 2.5 管道設(shè)計(jì) 2.5.1 水力學(xué)計(jì)算    進(jìn)行管道水力學(xué)分析計(jì)算時(shí)，重

2、點(diǎn)研究水頭損失、水錘現(xiàn)象。本次玻璃鋼管水力計(jì)算采用玻璃鋼加砂管道中介紹的公式計(jì)算，即先計(jì)算雷諾數(shù)，然后根據(jù)公式進(jìn)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(jì)算水力坡降和水頭損失。     節(jié)點(diǎn)流量及管段流量計(jì)算：按供水區(qū)段流量沿渠線長(zhǎng)的線形分布進(jìn)行計(jì)算，管段流量根據(jù)流進(jìn)節(jié)點(diǎn)的流量等于流出節(jié)點(diǎn)的流量進(jìn)行計(jì)算。     管道基本水力學(xué)計(jì)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(jì)算：q=（2gz）1/2，式中q過水流量(m3/s)，過水?dāng)嗝婷娣e(m2)，z進(jìn)出口水位差，即總

3、水頭損失(m)，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(jì)算：按水力學(xué)有關(guān)公式計(jì)算雷諾數(shù)、當(dāng)量粗糙度，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(jì)算水力摩阻系數(shù)     計(jì)算水力坡降：管道水力坡降計(jì)算按壓力管道計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即j=/d*（v2/(2g)），j管道水力坡降，管道水力摩阻系數(shù)，d管徑(m)，v管內(nèi)流速(m/s)，g重力加速度(m/s2)。

4、60;    管道水頭損失計(jì)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(jì)算出的管道水力坡降計(jì)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(jì)算。     管道水壓計(jì)算：按照最不利供水節(jié)點(diǎn)的控制自由水壓取10.0m計(jì)，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(diǎn)向水源點(diǎn)或供水點(diǎn)計(jì)算。為工程運(yùn)行安全計(jì)，全供水管道水壓按各段靜水壓選取管道，即當(dāng)管道下游關(guān)閉止回閥時(shí)，由泵站揚(yáng)水所形成的最大水壓。     水錘防護(hù)計(jì)算

5、：凡是有泵及壓力管道的地方就會(huì)有水錘，因此水錘是長(zhǎng)距離輸水工程的一個(gè)重要的技術(shù)問題，也是造成工程事故的一個(gè)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)管路中的工作部件工作狀態(tài)的改變，會(huì)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(shí)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(jì)算公式參考水力學(xué)，主要計(jì)算公式如表3。按不同壁厚計(jì)算本工程不同壓力發(fā)生水錘時(shí)的最大

6、流量及流速變化如表4。設(shè)計(jì)要求0.85v3.0 m/s，從計(jì)算結(jié)果分析，均可以滿足要求。為安全起見，在一級(jí)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(zhǎng)輸管道水錘計(jì)算公式    項(xiàng)目波速計(jì)算壓強(qiáng)水頭增量計(jì)算壓強(qiáng)增量計(jì)算    公式 公式    含義表4    不同壁厚壓力管道發(fā)生水錘時(shí)流速增量變化 &

7、#160;  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dtykeycpvq(m)(m)(mpa)（pa）(pa)（m/s）（pa）(m/s)（m3/s）3019602118000003019602116500003019602115000003019602113500002.5.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算    玻璃鋼管道參考以往工程經(jīng)驗(yàn)、投資、以及管線制造特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力分為兩類：工壓大于1.0mpa采用純聚酯玻璃鋼管道，工壓小于等于1.0mp

8、a采用玻璃鋼夾砂管道，剛度均為sn5000。按照jc552-94及jc/t838-1998玻璃鋼設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并由廠家進(jìn)行管道壁厚分析計(jì)算，同設(shè)計(jì)管道壁厚進(jìn)行分析比較，重點(diǎn)研究管道設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì),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(xiàng)設(shè)計(jì)的主要目的是確定管道壁厚。 2.6 附屬設(shè)施    2.6.1 排氣閥設(shè)置    水在輸水管道運(yùn)行時(shí)，實(shí)際上是水氣兩相流。因此在長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)輸水管道的縱向布置，分析研究計(jì)算可能出現(xiàn)的不

9、同工況下水的流動(dòng)狀態(tài)，選擇合適的位置(一般在駝峰處)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(jì)時(shí)一般人為的把管線布置成一個(gè)高點(diǎn)，設(shè)置排氣閥，而且水平距段根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置。排氣閥的選擇也很重要，因?yàn)楣艿乐羞\(yùn)行時(shí)，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(duì)排氣閥種類與性能也應(yīng)充分重視。     根據(jù)多個(gè)工程的調(diào)查情況，排氣閥過多會(huì)造成管理上的困難及增加投資，過少會(huì)影響管道進(jìn)排

10、氣，造成工程事故。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1.01.6mpa dn80排氣閥89處，距離最短的相距700m，最遠(yuǎn)的相距3000m，平均1.62km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(chǎng)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(shí)微量排氣靠小孔實(shí)現(xiàn)，材質(zhì)為球墨鑄鐵。    2.6.2 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，

11、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(shí)，能利用井內(nèi)的阻斷閥截?cái)嗨?；再一方面出現(xiàn)事故時(shí)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(dòng)蝶閥，材質(zhì)為球墨鑄鐵，分水閥門采用法蘭式手動(dòng)閘閥，后接水表計(jì)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(shí)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(shí)，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

12、直接排出時(shí)，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(dòng)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。    2.6.3 跨河建筑物    管道在118000處穿越渠道，渠寬24m，為防止管道振動(dòng)，設(shè)計(jì)采用鋼桁架橋通過，跨徑26m，寬度1.2m，渠道兩側(cè)設(shè)鋼筋砼橋臺(tái)，玻璃鋼管采用巖棉保溫處理。    2.6.4 跨路保護(hù)  

13、60; 本工程與各種永久道路、臨時(shí)公路相交處共17處，對(duì)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(duì)于臨時(shí)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(shí)，直至地面。    2.6.5 管道連接件及其他    玻璃鋼管道在實(shí)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)查情況結(jié)合管道維修、運(yùn)行等，確定管道與閥井

14、的連接件全部采用鋼制件。少量彎頭、對(duì)接部分采用手工糊制，并按設(shè)計(jì)壓力1.5倍加強(qiáng)處理。    本工程設(shè)計(jì)1.24m長(zhǎng)連接鋼短管（一頭承口、一頭插口）共186個(gè)，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(duì)接接頭30處。        3 水壓試驗(yàn)及接口小壓試驗(yàn)問題    3.1 水壓試驗(yàn)    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(yàn)收規(guī)程cecs1

15、292001及給水排水管道工程施工及驗(yàn)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(yàn)，每次水壓試驗(yàn)長(zhǎng)度不宜超過1km。具體到工程而言，對(duì)于長(zhǎng)距離供水工程由于受地形限制，管道設(shè)計(jì)一般隨自然坡度及采用埋地式設(shè)計(jì)，有些地段同一壓力等級(jí)連續(xù)長(zhǎng)710km，有些地段一個(gè)壓力等級(jí)可能只有不到1km。水壓試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證管道的滲水量是否符合規(guī)程要求以及檢驗(yàn)管道的總體質(zhì)量，水壓試驗(yàn)分段長(zhǎng)度應(yīng)結(jié)合管徑、水源點(diǎn)、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(jì)壓力0.61.6mpa，全長(zhǎng)144km，經(jīng)研究后設(shè)計(jì)在技術(shù)要求中明確指出水壓試驗(yàn)分段長(zhǎng)度一般35km，最大不超過10km。施工當(dāng)中，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位