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YEEQ工程新疆北疆管道工程案例

来源:http://www.81929.net/article/20191213228.html

    YEEQ工程位于新疆北疆地区,为长距离压力管道工程,布置于扬水泵站与输水隧洞之间,主要由钢岔管段、压力管道段、管道出口段等建筑物组成。该工程主要解决哈密地区工业园工业用水问题。

    工程泵站设计扬程为186m,泵站共安装6台流量为3.25m3/s卧式双级双吸离心泵(4台工作,2台备用)。其中,3台水泵并联在一根管路上,正常运行时单根管路上为2台流量为3.25m31s水泵并联运行。压力管道为双线布置,设计流量为13m3/s,管线长11.16km,管径为DN2400mm,最大工作压力1.98MPa。考虑事故停泵水锤压力时to,最高压力可达2.97MPa,输水管道需要承受相当大的高压。
    同时根据地质报告分析,管道沿线地下水埋深2.8-4.4m,地下水具有强腐蚀性。地质勘察过程中的钢结构腐蚀性原位测试结果,压力管道沿线土壤对钢结构腐蚀性的综合评价为强腐蚀性。
    因此,考虑到工程运行安全,选取适合本工程的输水管材有着重要意义。

管材选择的原则:
    根据各工程的管径及压力等级参数,参照长距离输水实际工程应用中在管材选择上的经验.管材选择应遵循以下原则。
    1)能满足工程规划所提出的各项工作要求,符合所需要的安全度。
    2)管道使用年限长。
    3)管道输水能力相同情况下造价低。
    4)维护修理简便经济。
    5)对地质和地基的适应性相对较强。
    6)能满足其它特殊要求,如土壤的酸碱度过高的腐蚀性,温差变幅较大,施工条件受限制等。
目前,应用于大管径有压输水工程的管材主要有钢管、球墨铸铁管、PCCP和玻璃钢管。因此本工程比选管材初步确定为以上四种管材。

初选管材特性及应用现状:
    ①普通钢管:普通钢管管材是常用管材,由钢板卷制焊接而成,生产施工工艺成熟,国家规范、标准健全。焊接钢管具有承压能力高、机械强度高,连续性好,防渗性好,适应性强,出现爆管时,焊接钢管的抢修时间短,工艺简单,成熟,抢修费用低廉等优点。但是其耐腐蚀性较差,使用寿命较球墨铸铁管短,一般为20-30年。为抗腐蚀和保证水质,需要进行内外防腐处理,应用广泛。
    ②涂塑钢管:根据《给水涂塑复合钢管》CJ/T120-2016,涂塑钢管是以普通钢管为基管,以涂塑粉末为涂层材料,在其内外表面熔融,其内壁为环氧树脂,外壁聚乙烯粉末。由于塑膜和钢管有良好的附着力,在输水温度变化时(49C-69C)虽有热胀冷缩,但绝不会出现分层现象,接口处的涂层有十分严格的技术要求,有一整套完整的检测手段,不会发生渗漏,防腐蚀性能有可靠的保证。因此其具有优异的抗腐蚀性能及流体阻力小等特点。
    涂塑钢制管道工程的部分应用实例见下表1

    由上表可以看出,大管径钢管工程应用中管径在1.2-4.Om,最高管压为3.OMPa,由此可见钢管具有很强的承内压能力。
    ①球墨铸铁管的特性:球墨铸铁管是铸铁的一种,具有铁的本质、钢的性能,防腐性能优异、延展性能好,密封效果好,安装简易,具有很高的性价比。
    球墨铸铁管一般为承插式柔性胶圈接口(T型接口),大口径管道用压兰(K型接口中)防止胶圈滑落,由于K型接口在现场人工安装压兰不够均匀,因此,2015年起,个别厂家已采用新型XT2柔性接口,该接口安装便利。
    ②球墨铸铁管在工程中的运用情况:我国的球墨铸铁管行业起步于20世纪90年代初,在中国城镇引水协会的大力支持下发展迅猛,经过20余年的实践使用,其安全性、实用性已被引水行业普遍认可,目前国内一些大型球墨铸铁管厂,都按IS02531国际标准生产,产品最大口径达DN2600,经过20余年的实践使用,其安全性、实用性已被引水行业普遍认可。目前,大管径球墨铸铁管在国内实际工程应用的部分应用实例见表20
    由上表可以看出,大管径球墨铸铁管工程应用中管径在1.6-2.6m,流速为1.2-2.8m/s,最高管压为3.OMPa,由此可见球墨铸铁管的承高压能力是很强的。

2.3.3  PCCP管道
    ① PCCP管道的特性:预应力钢筒混凝土管(简称PCCP)是以带钢筒(主要作用为抗渗)的混凝土为管芯,在混凝土管芯外缠绕环向预应力高强钢丝,在钢丝表面又喷以水泥砂浆保护层而制成的管道。其分为两种,钢筒衬在混凝土管芯外侧的叫内衬式预应力钢筒混凝土管(简称PCCP-L),钢筒嵌置在管芯混凝土中间的叫埋置式预应力钢筒混凝土管(简称PCCP-E)。
    PCCP管为承插连接,采用特制钢制承插口,密封采用密封胶圈,对于大管径高压力管通常采用双胶圈,以便对接头进行打压检验。对于具有管径大和压力高特点的工程,需采用埋置式预应力钢筒混凝土管。
    PCCP管主要特点:可承受较高的内、外压;B.抗渗性能好;对地基适应性好,抗震能力强;糙率低.维护、运行费用低;施工安装方便、快捷。
    PCCP管道在工程中的运用情况:我国于上世纪90年代初从美国引进PCCP新型管材生产技术。产品已广泛应用于水利、电力、市政和自来水引水主管线项目上。截至2010年底全国已有60多个企业建成了90多条生产线,年生产能力达3200-3 500km,累计生产PCCP近10 OOOkm。在此期间我国从发达国家引进了先进的PCCP混凝土管制管技术和装备,生产了大量的各种钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管。经过二十多年的发展,我国已实现了混凝土管道生产装备的国产化,使我国PCCP混凝土管的制造技术和产品质量达到国际先进水平。目前,我国已成为混凝土管道生产和应用的大国,PCCP已广泛用于国内大型输引水工程。目前,大管径PCCP管在国内实际工程应用的部分运用实例见表3




玻璃纤维增强塑料夹砂管:
    ①玻璃钢管道的特性:玻璃纤维增强塑料夹砂管(简称玻璃钢管),是以玻璃纤维及其制品为增强材料,以不饱和聚酷树脂等为基体材料,以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料,由内衬层、强度层和外部防腐防老化层三部分组成。
    玻璃钢管的主要特点有:耐腐蚀;内壁光滑、糙率和摩阻力小;C.重量轻、运输、安装方便;接头少、连接方便;适应地基变形能力相对较强。
    ②玻璃钢管道的工程的运用情况:国外从上世纪40年代开发玻璃钢制品以来,已有70年历史,玻璃钢管道大量应用于石油、化工、电力、供水、市政工程、海底石油工程。目前在美国使用直径最大的玻璃钢供水管道为3 600mm,埋设于海底,用于海水冷却电厂循环水的取水管。以沙特为代表的中东采油国,其大型输水管道、污水管及海水淡化系统中的大口径管道几乎全部采用玻璃钢。
    玻璃钢管道在国内的应用大约有近40年的历史,大批量的应用约有20余年的历史。目前国内玻璃钢制作厂家非常多,工程应用也较为广泛,目前大管径玻璃钢管在国内实际工程应用的部分应用实例见表40
    由上表可以看出,大管径玻璃钢管管国内工程应用中管径在2.1-4.Om,最高管压为1.OMPao由此可见玻璃钢管的承内压范围主要为中低压。2.4管材比选
    该段压力管道总长11.378km,最大工作压力为1.98MPa,管道设计中最大水锤压力按1.5倍的最大工作压力考虑为297m,压力很高,因此,根据管道压力分布,结合各管材特性及运用实例等,分为高压段(工作压力>> 1.2MPa)和低压段(工作压力,1.2MPa)来进行管材比选。2.4.1高压段(桩号0+214.984-7+550 )
    该段管道长7.34km,工作压力均>>1.2MPao
    根据本段管径大、压力高的特点,拟选用钢管、涂塑钢管和球墨铸铁管三种管材进行比选。各管材比选见表So2.4.2低压段(桩号7+550-11 +373.693 )
    该段管道长度3.82km,其中1.OMPa以上的管道所占比例超过50%,压力相对较高。根据管径及压力范围,该段管材选用PCCP管和玻璃钢管进行比选。各管材方案比选见表60
    由上表可知,球墨铸铁管道水头损失最大,投资最高,不作为推荐管材。钢管和涂塑钢管管道工程投资相当。



    钢管和涂塑钢管均采用Q345C钢材,区别在于内外防腐层不同[4]。由于该段管道高地下水段对钢结构具有强腐蚀性,就钢管和涂塑钢管采取的外防腐措施耐久性来看,钢管采用的三油三布一般设计使用年限为30-50年,而涂塑钢管外防腐涂层设计使用年限则为50年,试验使用年限为100年。涂塑钢管外防腐层耐久性有明显优势。同时,在强腐蚀性段,钢管需要考虑阴极保护措施,而涂塑钢管由于其涂层良好的耐久性则不需要此措施。
    (1)玻璃钢夹砂管道重量轻,施工安装较容易,抗腐蚀性强,管道适应地基的变形能力较强。但其抵抗外压的能力一是靠夹砂来提高管道本身的刚度,更重要的是靠管区回填土的侧向约束来抵抗外压,这就对管区回填土的施工质量有了比较高的要求,一般管区回填料为粒径不大于25mm的砂砾料,而本工程区附近没有储量较大的砂砾料场,回填料只能采用基岩开挖料按要求破碎后回填。
    (2)PCCP管其突出的优点是抗外压的能力较强。其缺点是外层砂浆保护层的抗侵蚀性能相对较低。目前,国内外出现PCCP管道工程失效的情况其主要原因是:①采用W级高强预应力钢丝出现氢脆现象,由于我国引进PCCP技术相对较晚,使用的是II级钢丝,避免了高强钢丝产生氢脆破坏问题;②腐蚀环境造成外砂浆保护层的破坏;③超压水锤破坏。管道不恰当运行操作会使管内产生较高应力,从而引起混凝土管芯和砂浆保护层开裂并出现断丝。
    针对以上情况,在保证产品质量及施工质量的前提下,本工程采取以下措施确保PCCP管道的质量、耐久性及运行安全。①管道外涂600},m环氧煤沥青防腐及阴极防腐;②管线沿线设置水锤消除设施,同时运行严格按规程执行,以避免超压水锤破坏;③采用预应力钢丝监测技术,根据检测结
    通过以上分析可以看出,涂塑钢管在水力特性、防腐涂层附着性、耐久性、光滑程度、可靠性指标等方面均优于其它两种管材,因此,高压段管道推荐管材采用涂塑钢管。
    玻璃钢管与PCCP管在技术上均是可行的,在工程使用实例方面,国外有工压、管径均超过本工程的工程实例,国内也有大管径玻璃钢管的运行实例,但大管径、工压超过1.OMPa的玻璃钢管道尚未见国内使用先例,本段管道1.OMPa以上管道占到50%,同时就经济性而言,玻璃钢管方案造价也高于PCCP管方案,因此,为确保工程安全,本阶段低压段管材方案推荐采用PCCP方案。