貴州村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材選擇的影響因素分析

(貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽550004）

貴州屬于喀斯特地質(zhì)地區(qū)，地形地貌復(fù)雜，村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，因而其供水工程具有以下特點(diǎn)：①供水用途單一，主要為生活用水、少量農(nóng)副產(chǎn)品加工用水；②供水工程的供水規(guī)模小，大多在100～2000m3／d；③供水水源距離鎮(zhèn)區(qū)或者村寨遠(yuǎn)近不一，有的距離較短(1～2km），有的距離較長(zhǎng)（4～6km），少數(shù)長(zhǎng)達(dá)10km以上。針對(duì)上述特點(diǎn)，筆者對(duì)貴州村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材選擇的影響因素進(jìn)行了研究。

1 常用供水工程輸水管線管材

輸水管道管材的選擇一般應(yīng)符合以下要求[1]：①具有一定強(qiáng)度，耐腐蝕性好，能承受所要求的管內(nèi)外壓力；②水密性好，不漏水、不滲水；③內(nèi)壁光滑；④施工方便可靠。根據(jù)上述要求，符合村鎮(zhèn)供水工程輸水管線的管材有鋼管、給水離心球墨鑄鐵管、PE給水管等。

1）鋼管 鋼管的主要優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度好、承受高壓能力強(qiáng)、其管身的可焊性便于制造各種管件、特別能適應(yīng)地形復(fù)雜及要求較高的管線使用。鋼管的最大缺點(diǎn)是易腐蝕。由于鋼管易腐蝕，為了提高其使用年限和使用效果，逐步出現(xiàn)了內(nèi)壁有非金屬涂層的聚乙烯(PE）鋼塑復(fù)合管與環(huán)氧樹脂(EP）鋼塑復(fù)合管、有的廠家還生產(chǎn)乙烯-丙烯酸共聚物(EAA）鋼塑復(fù)合管，出現(xiàn)了內(nèi)壁有非金屬襯里的聚乙烯(PE）、硬聚氯乙烯(PVC-U）、交聯(lián)聚乙烯(PEX）、氯化聚氯乙烯(CPVC）和聚丙烯(PP）鋼塑復(fù)合管。2種類型的管道均有法蘭式、溝槽式和螺紋式等連接方式。

2）給水離心球墨鑄鐵管 給水鑄鐵管按制造材質(zhì)及生產(chǎn)工藝不同分為給水灰口鑄鐵管和給水離心球墨鑄鐵管：灰口鑄鐵管受材質(zhì)和制造工藝限制，具有質(zhì)硬而脆、重量大、延展性差、壁厚、金屬用量多、施工困難等缺點(diǎn)，一般不在供水工程中使用；給水離心球墨鑄鐵管是將經(jīng)過球化處理的鑄造鐵水通過離心澆鑄工藝制作成的管道，具有高強(qiáng)度、高延伸性(延伸率≥10%）、抗腐蝕性能強(qiáng)、管壁薄，節(jié)省金屬材料等優(yōu)越性能，可采用法蘭連接、K型機(jī)械式柔性連接、T型承插式柔性連接等連接方式，其中T型承插式柔性連接的密封性好且安裝方便，已廣泛應(yīng)用于供水工程中。

3）PE給水管 PE給水管根據(jù)生產(chǎn)管道的聚乙烯原材料不同，目前常用的主要是PE80級(jí)和PE100級(jí)[2]。PE給水管有著優(yōu)異的性能特點(diǎn)：①無毒，不含重金屬添加劑，不結(jié)垢，不滋生細(xì)菌，衛(wèi)生條件好。②柔韌性好，抗沖擊強(qiáng)度高，耐強(qiáng)震和扭曲。③獨(dú)特的電熔焊接和熱熔對(duì)接技術(shù)使接口強(qiáng)度高于管材本體，保證了接口的安全可靠。PE給水管的主要缺點(diǎn)是裸露在外且沒有采取保護(hù)措施時(shí)，老化速度較快，大大縮短了管道的使用壽命，而且由于PE給水管較柔軟，對(duì)管道基槽處理、覆土等施工要求較高。此外，PE給水管暴露在外時(shí)容易遭到人為破壞，安全性較差。

2 輸水管線管材選擇的影響因素

2．1 過水能力及運(yùn)行成本

相對(duì)來說，村鎮(zhèn)供水工程服務(wù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較滯后，居民收入低，特別是需加壓供水時(shí)，盡量降低用水居民水價(jià)顯得尤其重要，故在供水工程的輸水管管材選擇時(shí)應(yīng)首要考慮管道的過水能力，在相同條件下，盡可能減少管道的水頭損失，降低工程運(yùn)行電耗和運(yùn)行成本。

管道的水頭損失包含沿程水頭損失和局部水頭損失，沿程水頭損失可按下式計(jì)算[1]：

式中，h表示沿程水頭損失，m；L為管道長(zhǎng)度，m；D為管徑，m；q為流量，m3／s；C為海曾-威廉系數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范[1]，局部水頭損失一般按沿程水頭損失的5%～10%計(jì)算，但受貴州山區(qū)特殊地形影響，輸水管線起伏較大、轉(zhuǎn)彎較多，局部水頭損失較大，對(duì)于較長(zhǎng)的輸水管線，難以對(duì)其局部水頭損失進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，根據(jù)筆者對(duì)貴州山區(qū)供水工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建議按沿程水頭損失的10%～15%計(jì)算。

輸水工程的電費(fèi)可按下式計(jì)算[3]：

式中，Q為最高日供水量，m3／d；H為取水揚(yáng)程，m；η為水泵效率，一般按70%～80%計(jì)算；Kz為日變化系數(shù)，一般取1．2；d為電費(fèi)單價(jià)，0．54元／(kW·h）。

表1所示為200m3／d供水工程輸水管線(管徑為65mm）在經(jīng)濟(jì)流速(0．73m／s）下的水頭損失和電耗計(jì)算結(jié)果表。從表1可以看出，無論工程規(guī)模的大小如何，同管徑的PE給水管比鋼管和離心球墨鑄鐵管的水頭損失和電耗都要?。划?dāng)輸水管線較長(zhǎng)時(shí)，不同管材輸水管道的水頭損失和電耗的差別較大，對(duì)水價(jià)的影響明顯；當(dāng)輸水管線較短時(shí)，不同管材的輸水管道水頭損失和電耗的差別較小，對(duì)水價(jià)的影響不明顯。此外，同管徑的PE給水管比鋼管和離心球墨鑄鐵管的水頭損失和電耗都要小。因此，在選擇村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材時(shí)應(yīng)充分考慮工程的供水規(guī)模及輸水管線的長(zhǎng)度影響。總體來說，當(dāng)輸水管線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選用PE給水管，這樣可降低工程運(yùn)行成本；當(dāng)輸水管線較短時(shí)，各種管材的運(yùn)行成本差別不大，對(duì)水價(jià)影響小，這時(shí)候應(yīng)結(jié)合其他影響因素選擇合適的輸水管管材。

表1 200m3／d供水工程輸水管線水頭損失和電耗計(jì)算結(jié)果表

2．2 地質(zhì)和氣候條件

貴州屬喀斯特地質(zhì)地區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，較長(zhǎng)輸水管線可能會(huì)通過不同地質(zhì)情況的地段，受各種管材的安裝要求限制，輸水管道管材選擇時(shí)應(yīng)充分考慮地質(zhì)情況的影響。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件為情況良好的土質(zhì)時(shí)，輸水管一般采用埋地敷設(shè)；當(dāng)管線遇到管槽開挖難度較大、投資較大的巖石時(shí)，一般考慮在地面上架空敷設(shè)。由于PE給水管抗老化性能差且管道材質(zhì)較軟，若管道敷設(shè)在地面上，容易遭到人為破壞，故不宜采用PE管作為輸水管線。貴州大部分地區(qū)酸雨污染較嚴(yán)重，若管道敷設(shè)在地面上，鋼管易受腐蝕，導(dǎo)致使用年限縮短，因而也不宜采用鋼管作為輸水管線。離心球墨鑄鐵管抗腐蝕性能良好，且一般出廠時(shí)均作好內(nèi)外防腐層，能保證管道的使用壽命，故輸水管線在地面上敷設(shè)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用離心球墨鑄鐵管。

2．3 交通運(yùn)輸條件

貴州山區(qū)地形起伏較大，且許多供水工程輸水管線大多敷設(shè)在荒郊野外，因而運(yùn)輸輸水管線的交通條件差，搬運(yùn)費(fèi)用高。就相同管徑、相同壓力等級(jí)的管道來說，PE管與鋼管、離心球墨鑄鐵管比較具有重量輕的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮采用PE給水管。

2．4 安裝條件

由于大部分供水工程輸水管線敷設(shè)在野外，當(dāng)采用熱熔連接PE管和焊接鋼管時(shí)，需引電源到施工現(xiàn)場(chǎng)或者采用發(fā)電機(jī)供電，如管線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，大大加大了施工難度，施工費(fèi)用較高。離心球墨鑄鐵管采用T型柔性橡膠圈接口，密封性好，且不需要電源，安裝方便，應(yīng)優(yōu)先考慮采用該類型輸水管，但安裝時(shí)要注意保護(hù)好外防腐層，這樣能延長(zhǎng)管道的使用壽命。

3 結(jié) 語

村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，在進(jìn)行村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材選擇時(shí)，應(yīng)考慮過水能力及運(yùn)行成本、工程所在地的地質(zhì)和氣候條件、交通運(yùn)輸條件和安裝條件等影響因素，在目前市場(chǎng)上易采購、應(yīng)用廣泛的給水管中，選用合適的村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材。

[1]CJJ123-2008，鎮(zhèn)(鄉(xiāng)）村給水工程技術(shù)規(guī)程 [S]．

[2]方育瑜．供燃?xì)?給水）用埋地聚乙烯管道 [M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997．

[3]上海市政工程設(shè)計(jì)研究院．給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001．