淺析電伴熱系統(tǒng)保溫措施在城市供水中的應(yīng)用

【摘要】本文通過對薩迦縣縣城供水現(xiàn)狀的分析，以及對不同的管道防凍措施的對比，建議薩迦縣盡快采用電伴熱系統(tǒng)防凍方案的試點(diǎn)，為將來大面積推薦該方案提供經(jīng)驗(yàn)支持。本文研究結(jié)論可為同類工程提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】電伴熱系統(tǒng)；保溫；城市供水

Fixed boundary flow field numerical simulation application technology research background and application prospect were reviewed

Wang Mingtian

（ChongQing River Engineering Consulting Center， chongqing， 401147）

Abstract：In this article， through analyzing the current situation of issachar county town water supply， as well as the comparison of different pipeline anti-freezing measures， county issachar is suggested by electric heat tracing system of antifreeze solution as soon as possible， recommend the program to provide experience for future support. This article research conclusion can provide reference for similar projects.

Key Words ：Eletric heat tracing system；heat preservation；Urban water supply

1.工程概況

1.1地理位置

薩迦縣位于喜馬拉雅山北部，東鄰日喀則、白朗縣，南接定結(jié)、崗巴縣，西靠定日、拉孜縣，北與謝通門隔江相望。距日喀則150km，縣駐地位于東經(jīng)88°03′，北緯28°54′，總面積8126km2，全縣平均海拔4400m，縣駐地海拔4316m，北部為雅江河谷沖積平原，南部為中高山，南北最大延伸為104km，東西最大長約126km（圖1）。

1.2區(qū)域交通

中尼公路穿越縣境，以縣城為中心輻射全縣，縣道204查拉線和206薩初線連接所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)，另有薩迦縣通往拉孜縣、丁結(jié)縣的公路?，F(xiàn)全縣通車?yán)锍?15km，其中國道1條，28km；縣道2條，共172km；鄉(xiāng)道3條，共66km。

2.水文及區(qū)域地質(zhì)

2.1水文氣象

薩迦縣屬于喜馬拉雅山地溫涼半干旱氣候區(qū)，氣溫低、干濕季分明、氣溫晝夜變化大、年際變化小，年平均氣溫4.7℃，極端最低氣溫-25.1℃，極端最高氣溫28.2℃。年平均風(fēng)速1.86米/秒，最大風(fēng)速32.5米/秒，全年平均大風(fēng)天氣30天左右。年太陽輻射總量7600焦耳/平方米，光合有效輻射總量2900～3100焦耳/平方米，年日照時數(shù)3200小時，年日照率達(dá)73%，是我國也是世界上為數(shù)不多的光資源高值區(qū)。年平均降水量350mm，多集中在雨季6～9月份，全年無霜期114～120天，最大凍土深1.5m。薩迦縣內(nèi)水系發(fā)育，區(qū)內(nèi)河流密布、水流湍急，且大部分支流溪短流急，水位暴漲暴跌，落差很大，沖刷切割山體能力極強(qiáng)。境內(nèi)均屬雅魯藏布江水系，主要河流有薩迦沖曲、錯目曲、卡拉曲、扎衣曲、達(dá)曲、強(qiáng)珠普曲、拉冬扎烏等。

2.2區(qū)域地質(zhì)

薩迦縣地處岡底斯山與喜馬拉雅山之間，南部為高山。該帶為印度大陸北部邊緣海之基底巖系。其南通過主中央逆沖斷裂推覆于低喜馬拉雅山構(gòu)造帶上，其北通主中央逆沖斷裂被北喜馬拉雅沉積帶所推覆，該帶斷裂以輾掩構(gòu)造為特征，在薩迦所見震旦—寒武紀(jì)之石英片巖是由北而南推覆于前震旦紀(jì)變質(zhì)巖之上所形成較大的推覆體，該類斷裂走向多與巖層走向一致，斷面多向北傾，由下向南推覆而形成疊瓦狀構(gòu)造。本區(qū)第三紀(jì)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，伴隨構(gòu)造動的跡象，本區(qū)為構(gòu)造相對穩(wěn)定地區(qū)。本區(qū)地震基本裂度為Ⅶ度。地震動峰值加速度為0.15g，動反應(yīng)特征周期0.45s。

項(xiàng)目區(qū)出露地層較多，沉積環(huán)境復(fù)雜，河湖相、河流相交互出現(xiàn)，沉積巖及火成巖（深層侵入巖）普遍分布。管線通過地層多為坡積層，局部為全-強(qiáng)風(fēng)化巖，巖性為砂巖。主要在山體高處出露。中薄層結(jié)構(gòu)，層面多閉合，泥砂質(zhì)充填。

3.工程存在的主要問題

薩迦縣城供水管網(wǎng)尤其是入戶管網(wǎng)存在的主要問題如下：（1）縣城的給水干管已基本完善，但由于入戶管網(wǎng)沒有采取妥善的保溫措施，所以，干管不能很好地發(fā)揮其應(yīng)有的效益；（2）縣城現(xiàn)有的防凍方案不能滿足露天管網(wǎng)保溫的要求，每到冬天都會發(fā)生凍脹破壞，后期的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用較高；（3）由于管網(wǎng)未采取恰當(dāng)?shù)谋卮胧?，居民取水只能從僅有的幾座背水臺處實(shí)現(xiàn)，地區(qū)屬于高寒缺氧地區(qū)，所以增加了取水的難度。（4）背水臺處現(xiàn)在的防凍方案為動態(tài)水防凍法，造成了水資源的極大浪費(fèi)，與國家的相關(guān)法律法規(guī)相背離。

4.管道防凍方案選擇

根據(jù)日喀則地區(qū)其他縣城所采用的防凍措施，結(jié)合項(xiàng)目所在地薩迦縣的特殊的氣候特征，本階段進(jìn)行對應(yīng)露天管網(wǎng)防凍保溫措施進(jìn)行比選。

目前，國內(nèi)較為成熟的露天管網(wǎng)防凍保溫措施有：利用保溫絕熱層防凍法，利用供暖系統(tǒng)供、回水絕熱伴暖防凍法，充填防凍液防凍法，利用動態(tài)水防凍法，絕熱電熱器件伴熱防凍法。（1）利用保溫絕熱層防凍方案。根據(jù)日喀則地區(qū)其他縣城外露管網(wǎng)防凍的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要采用的保溫絕熱層有：1）珍珠巖制品；2）聚氨脂泡沫制品；3）泡沫玻璃制品；4）珍珠巖+泡沫棉制品。

通過查閱相關(guān)手冊及圖集，上述幾種保溫絕熱材料的性能如下：

由于薩迦縣層極端最低氣溫約-25℃，通過傳熱學(xué)原理計算分析，采用不同的保溫絕熱層后，管道的結(jié)冰所需時間見表2：

通過上表可得出發(fā)現(xiàn)：只在管道為采用保溫絕熱材料進(jìn)行管道防凍，極端氣溫較低的薩迦縣，防凍效果較差，縣城的入戶管網(wǎng)每經(jīng)歷一個冬天，必然會發(fā)生管道的凍脹破壞。采用“熱鍍鋅鋼管+珍珠巖制品+泡沫棉制品+防潮層”的方式設(shè)計。方案建安投資見表3。

薩迦縣部分居民小區(qū)已采用這種方案進(jìn)行管材防凍，但根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，絕大多數(shù)管道冬季存在冰凍和爆管現(xiàn)象，不僅供水保證率較低，由此引起的墻壁滲水更影響房屋建筑安全，并且冬季過后，需要對發(fā)生凍裂的管材進(jìn)行更換后才能滿足非嚴(yán)寒季節(jié)的戶內(nèi)取水需求，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。（2）利用供暖系統(tǒng)供、回水絕熱伴暖防凍方案。該方案的布置要點(diǎn)是：給水管、消防水管與供暖系統(tǒng)供、回水管平行布置、共同保溫，借助供暖管水溫伴暖給水管、消防水管，達(dá)到防凍的目的。薩迦縣城現(xiàn)在還沒有集中供暖系統(tǒng)，所以該方案不能用于本項(xiàng)目。（3）利用防凍液的防凍方案。由于防凍液在冰點(diǎn)以上溫度時流動性好，可以管道輸送，該防凍方案雖然免除了絕熱保溫和伴暖的初投資費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)，投資較??；但該方案存在技術(shù)上的一些問題：1）該方案只能用于消防用水，不能用于縣城其他供水；2）水溫變化時，防凍液與水可能發(fā)生互溶，起不到防凍的效果。因此，不宜采用此防凍方案。（4）利用動態(tài)水防凍方案。根據(jù)薩迦縣縣城現(xiàn)在用的防凍方案，其中一種就是利用動態(tài)水防凍方案，即每到了氣溫較低的時期，就讓背水臺處安置的水龍頭常開，因?yàn)樗牧鲃樱诠艿赖闹械乃€沒有來得及結(jié)冰，新的水又流出，這種方式能夠起到一定的防凍效果，但是，這樣必然造成水資源的極大浪費(fèi)，這與《中華人民共和國》關(guān)于城市節(jié)約用水的原則完全背離；而且很多時候，取水居民取水后，直接就將水龍頭關(guān)閉，管道很快就凍結(jié)，起不到防凍的效果。（5）絕熱電伴熱系統(tǒng)防凍方案。該方案以電伴熱系統(tǒng)為主要防凍措施，產(chǎn)品商品化程度高、柔韌靈活、安全可靠、施工快捷、經(jīng)濟(jì)并滿足環(huán)保要求。方案對電伴熱系統(tǒng)及相應(yīng)配套設(shè)施要求較高，而且便于自動化管理，即使發(fā)生意外失效的情況，只要及時發(fā)現(xiàn)和搶修即可，能夠滿足不同管道的防凍要求。但此方案最大的問題是需要持續(xù)的外部電源，那么必須采用安全可靠可行的電源。

5.結(jié)語

電伴熱系統(tǒng)大面積用于高嚴(yán)寒地區(qū)的供水工程理論上是可行的，通過對電伴熱系統(tǒng)的生產(chǎn)、安裝等公司的咨詢，他們也認(rèn)為切實(shí)可行，但考慮當(dāng)?shù)貨]有成功的例子，所以為了盡早發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，完善設(shè)計、規(guī)避風(fēng)險，建議選取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)試行，成功后再大面積建設(shè)。若該方案切實(shí)可行，則可以為高嚴(yán)寒地區(qū)的供水工程提供開創(chuàng)性的經(jīng)驗(yàn)，意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1]薩迦縣人民政府，西藏自治區(qū)建筑勘察設(shè)計院.西藏自治區(qū)日喀則地區(qū)薩迦縣城市總體規(guī)劃（2011-2030）文本.圖紙[J].2012.07.

[2]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.民用建筑工程給水排水設(shè)計深度圖樣（2009年合訂本）[M].中國計劃出版社.2012.03

[3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱[M].中國計劃出版社.2008.07.01

作者簡介

王明天（1986- ），男，山西山陰人，大學(xué)本科（雙學(xué)士學(xué)位），主要從事水利工程水工結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計工作.

基金項(xiàng)目

國家自然科學(xué)基金（50879006）.