某發(fā)電廠廠外補(bǔ)充水管道方案比較分析

吳迷芳 趙 蘇

（1.中國電建集團(tuán)華中電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.黃河水利委員會(huì)水文局，河南 鄭州 450000）

0 引言

電廠廠外補(bǔ)充水系統(tǒng)、管材和相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)管徑的確定是輸水系統(tǒng)的主導(dǎo)因素，它直接影響著補(bǔ)充水工程的合理性和工程的總造價(jià)。不同管材造價(jià)必然不同，同種管材，如果管徑選擇過小雖然可減小一次投資，但卻使輸水系統(tǒng)水頭損失增大，運(yùn)行費(fèi)用增加；如果管徑選擇過大，雖可減少電能損失，但增加了投資，造成不必要的浪費(fèi)。

1 工程概述

1.1 工程情況

某電廠建設(shè)2×30MW 背壓供熱機(jī)組+1×350MW 超臨界供熱燃煤發(fā)電機(jī)組，電廠補(bǔ)充水源采用該地區(qū)污水處理廠處理后的再生水。管道長(zhǎng)度為10.7km。

1.2 輸水系統(tǒng)管道比較方案的擬定原則

輸水管道的比選原則：（1）對(duì)工程中常見的各種供水管材進(jìn)行了論證比較，結(jié)合管道運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及本工程的供水距離、供水壓力等對(duì)各種可用管材進(jìn)行了初選；（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初擬各種管材的管徑，然后以此管徑為基礎(chǔ)，確定1～2 組可行的管徑方案；（3）對(duì)不同的管材、管徑組成的各種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

1.3 輸水系統(tǒng)管道的經(jīng)濟(jì)比較方法

經(jīng)濟(jì)比較方法采用“年費(fèi)用最小法”，即將投資按計(jì)算出的年固定費(fèi)用率分?jǐn)傊撩恳荒曛?，再加上升壓水泵年耗電電費(fèi)等運(yùn)行費(fèi)為年總費(fèi)用，其中年總費(fèi)用值小者方案優(yōu)。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，本次經(jīng)濟(jì)比較年固定費(fèi)用率取13.75%。

1.4 電廠補(bǔ)充水量

電廠本期最大補(bǔ)充水量730m3/h。

2 廠外補(bǔ)充水管道材質(zhì)類型比較

在電廠長(zhǎng)距離輸水工程中，管材的選擇一般要根據(jù)工程的規(guī)模，管道的工作壓力，輸水距離的長(zhǎng)短，工程的進(jìn)度與重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地質(zhì)情況，當(dāng)?shù)毓懿牡纳a(chǎn)狀況，應(yīng)用管材的習(xí)慣等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全論證，綜合比較后確定。

根據(jù)設(shè)計(jì)電廠長(zhǎng)距離輸水工程的經(jīng)驗(yàn)，特別是這幾年我國引進(jìn)大量的新型管材和新的生產(chǎn)工藝，管材的優(yōu)化尤為重要。目前長(zhǎng)距離輸水工程大都在鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管與預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、玻璃鋼管、聚乙烯（PE）管及其復(fù)合管等方面選擇，以下結(jié)合本工程特點(diǎn)分別就各種管材進(jìn)行論述。

2.1 焊接鋼管

焊接鋼管用途廣泛，是電力系統(tǒng)應(yīng)用最普遍的管道之一。輸水工程一般選用螺旋焊縫與直縫焊接鋼管。鋼管的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，耐振動(dòng)、重量較輕、長(zhǎng)度大、接頭少和加工接口方便等。缺點(diǎn)是易生銹，不耐腐蝕，因此必須采取防腐措施，如外壁作防腐層，使用壽命可達(dá)25 年。本工程補(bǔ)充水源采用城市再生水，采用焊接鋼管時(shí)，需對(duì)焊接鋼管進(jìn)行防腐處理。本文將焊接鋼管納入管道的比選。

2.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管具有鋼管的柔性及鑄鐵管的耐腐蝕性，其強(qiáng)度比鋼管大，延伸率也高出10%，運(yùn)輸、吊裝性能好，采用柔性接頭，安裝省時(shí)省力，其缺點(diǎn)是價(jià)格較高，高于焊接鋼管。本文將球墨鑄鐵管不納入比選。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

按生產(chǎn)工藝分成兩種，一種因加工工藝分為三步，通常稱為三階段預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管；另一種方法是一次成型，通常稱為一階段管。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管因加工工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低，較適合我國的經(jīng)濟(jì)狀況而應(yīng)用普遍。預(yù)應(yīng)力混凝土管口徑一般在DN400～3000mm，工作壓力不超過1.2MPa。管子的接口采用承插口，尺寸較準(zhǔn)確，并設(shè)橡膠止水圈（單膠圈或雙膠圈），止水效果好，安裝較方便。該管目前在給水、排水管道中應(yīng)用十分廣泛。本文將其納入管道的比選。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是一種由鋼板、鋼絲和混凝土構(gòu)成的復(fù)合管材，管心為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm 的鋼筒，在管芯上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力，采用機(jī)械張拉纏繞高強(qiáng)鋼絲，并在其外部噴水泥砂漿保護(hù)層。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的管徑一般為DN400～4000mm，工作壓力不超過2.0MPa。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管同屬混凝土管系列，本工程供水壓力較低（不到0.6MPa），預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管完全能滿足供水要求，而且價(jià)格也較預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管低，因此本文未將預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管納入比選。

2.5 玻璃鋼管及夾砂玻璃鋼管

玻璃鋼管主要以玻璃纖維紗作為增強(qiáng)材料和樹脂作為基體制成，考慮到玻璃鋼管質(zhì)量參差不齊，目前已有工程在使用過程中造成了一些管道泄漏事故和經(jīng)濟(jì)損失，本文不將其納入比選。

2.6 聚乙烯復(fù)合管

聚乙烯復(fù)合管主要有以下三種：鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）復(fù)合管、鋼骨架聚乙烯塑料復(fù)合管及孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復(fù)合管。

與其他兩種復(fù)合管材相比，孔網(wǎng)鋼帶PE 管現(xiàn)在用得相對(duì)較少，主要原因是這種管材存在以下幾點(diǎn)問題：（1）鋼帶在沖孔時(shí)毛刺無法處理，導(dǎo)致管壁內(nèi)部存在較多缺陷；（2）管件是純塑料的，可能存在不配套的問題；（3）焊接不可靠，很容易泄漏。以下對(duì)鋼絲網(wǎng)骨架PE 管和鋼骨架PE 管從生產(chǎn)方式、管材特點(diǎn)、施工方法以及其他一些方面進(jìn)行分析比較[1-3]。

2.6.1 生產(chǎn)方式對(duì)比

鋼絲網(wǎng)骨架PE 管：在基礎(chǔ)的PE 芯管上以左右螺旋鋼絲纏繞成網(wǎng)狀骨架，并用高性能改性PE 樹脂將芯管、鋼絲層及外包覆PE層融合為一體。

鋼骨架PE 管：首先將經(jīng)向和緯向的鋼絲焊接成管形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)擠出機(jī)與PE 復(fù)合成型。

2.6.2 管材優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

優(yōu)點(diǎn)：①管材所有壓力主要作用在彈性模量遠(yuǎn)高于PE 的鋼絲網(wǎng)加強(qiáng)層上（鋼絲的彈性模量是PE 材料的200 倍），管道既有金屬管的強(qiáng)度特點(diǎn)，但又保留了塑料管的柔性特征（曲率半徑大于75）。②交叉鋼絲網(wǎng)，有效克服PE 材料應(yīng)力開裂以及蠕變。③內(nèi)壁不結(jié)垢。

缺點(diǎn)：①改性PE 樹脂膠層耐溫能力不足，管材只能輸送40℃以下的介質(zhì)。②連接需要管件，不宜熱熔對(duì)接。

（2）鋼骨架PE 管

優(yōu)點(diǎn)：①復(fù)合材料管道，保持了塑料的柔性，提高了強(qiáng)度。②內(nèi)外壁均為PE 材料，PE 材料耐腐蝕，不易滋生細(xì)菌。③采用管件電熔連接，接口處穩(wěn)定，不易滲漏。

缺點(diǎn)：①只能選擇適合焊接的普通鋼絲，鋼絲強(qiáng)度直徑以及排列數(shù)量受制約。②鋼絲焊接成網(wǎng)狀后，產(chǎn)生應(yīng)力集中，管道容易產(chǎn)生局部受力破壞。

2.6.3 施工對(duì)比

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

①采用電熱熔管件和法蘭連接。②柔性管道，有一定的彎曲度，角度小于15°的管道，可以不使用管件，復(fù)雜和起伏地形施工方便，地質(zhì)和環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

（2）鋼骨架PE 管

①采用電熱熔管件連接，與其他材質(zhì)管道或閥門用法蘭連接。②鋼骨架復(fù)合管所用管件生產(chǎn)廠家少，配套難度大。

2.6.4 其他特點(diǎn)

（1）鋼絲網(wǎng)骨架PE 管

①內(nèi)壁光滑，摩阻系數(shù)0.009，流通能力大。②鋼絲拉伸強(qiáng)度達(dá)到1800MPa，管材負(fù)荷強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)顯著。③管壁薄，用材少、價(jià)格低、高壓力等級(jí)尤其顯著。

（2）鋼骨架PE 管

①由于鋼絲直徑較粗，管壁需要保持一定厚度，小口徑管道壁厚，比實(shí)壁管減少不明顯。②采用普通鋼絲拉伸強(qiáng)度400MPa，復(fù)合優(yōu)勢(shì)不突出。

從以上幾點(diǎn)來看，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管與鋼骨架PE 管各有千秋，但從性價(jià)比來看，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管更優(yōu)，因此將鋼絲網(wǎng)骨架PE 管納入本次管道的比選。

3 廠外供水管道經(jīng)濟(jì)比較

3.1 參與比選的管道管材及規(guī)格

根據(jù)輸送壓力及管道應(yīng)用情況，廠外再生水輸送管道選取了對(duì)焊接鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和鋼絲網(wǎng)骨架PE 管進(jìn)行比較，參與比較的管道規(guī)格如下：

焊接鋼管（四種）：Φ426×6，Φ478×6，Φ529×7，Φ630×8

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管（四種）：DN400，DN500，DN600，DN700

鋼絲網(wǎng)骨架PE 管（四種）：

DN400×12.5，DN450×11.5，DN500×12.5，DN560×17

3.2 計(jì)算方法及數(shù)據(jù)取值

（1）鋼管主材費(fèi)用按定額取費(fèi)，其他管材價(jià)格向一些有代表性的生產(chǎn)廠家詢價(jià)取得。

（2）管道的沿程水頭損失采用舍維列夫公式計(jì)算，局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算。

（4）因廠外電源采用城市電源，電費(fèi)按工業(yè)用電取值，為0.6125元/kWh。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果

該電廠廠外補(bǔ)充水管道綜合性能及經(jīng)濟(jì)性比較見表1。

從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，采用DN500×12.5 鋼絲網(wǎng)骨架PE 管年總費(fèi)用最小。對(duì)于直徑500mm 左右的鋼管、預(yù)應(yīng)力混凝土管和鋼絲網(wǎng)骨架PE 管來說，鋼絲網(wǎng)骨架PE 管管材價(jià)格、施工費(fèi)用（含安裝費(fèi)和土建費(fèi)）優(yōu)勢(shì)明顯，其水頭損失也最小，綜合優(yōu)勢(shì)較明顯，因此推薦采用DN500×12.5 鋼絲網(wǎng)骨架PE 管，管道壓力0.8MPa，管道流速1.136m/s[4-5]。

表1 綜合性能及經(jīng)濟(jì)性比較

4 結(jié)束語

本文以經(jīng)濟(jì)合理、系統(tǒng)設(shè)置保證電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行為前提，著眼于提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，不片面追求低造價(jià)，結(jié)合以上原則優(yōu)化的廠外供水系統(tǒng)主要配置為：該電廠補(bǔ)充水污水處理廠采用DN500×12.5鋼絲網(wǎng)骨架PE 管（0.8MPa）地埋敷設(shè)，年總費(fèi)用可節(jié)省約40 萬元。