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浅析室外给水管道工程设计

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  摘 要:室外给水管道工程不仅在城市给水中被广泛应用,而且被应用到其它领域,管线的设计首先要依据规范;然后要结合工程区地理、气候特点及供水公司的运行规程等实际情况,从技术可行性、经济合理性出发综合考虑。
  关键词:室外给水管线设计 注意问题
  
  1 前言
  室外给水管道工程不仅在城市给水中被广泛应用,而且被应用到其它领域,如水利工程的灌溉给水管线,穿越堤(路)引水路线及各企业用水的引水管线。下面结合吉林市第二松花江中国石油吉林石化分公司取水戽头设计谈谈室外给水管道工程设计及在设计中需要着重考虑的几点问题。
  中国石油吉林石化分公司地处吉化西部工业区,位于第二松花江右岸。近年来,由于河道采砂及主航道疏浚,造成河道下切,同时上游取水口的增加更导致下游枯水流量减少。近些年受到松花江水位降低的影响,系统均无法正常运行,综合以上因素确定该项工程的输水管道设计流量为20000m3/h。
  2 给水管线设计
  2.1给水管线的布置原则
  (1)输水管道选择经济合理的线路。布置在线路短,起伏小,土石方工程量少,减少跨(穿)越障碍次数、避免沿途重大拆迁、少占农田和不占农田。
  (2)输水管道应充分利用水位高差,结合沿线条件优先考虑重力输水。
  (3)输水管道的选择应考虑近远期结合和分期实施的可能。
  根据公司意见,本工程为新建输水管道与70年代取水泵房进水室输水管道出口相对接,由于70年代泵房进水室输水管道为单根管,故本次设计布置单根输水管道。
  根据输水管道布置原则,设计采用重力自流式输水管道作为取水戽头和取水泵房之间的连接。通过取水戽头将水引入泵房进水室内。
  2.2管径确定
  管径确定时应考虑远近期结合,同时照顾经济性和可靠性。管径确定涉及设计供水量及经济流速的确定。
  管段的直径按下式计算: D=
  式中:Q―给水管计算流量(m3/s);
  D―管段直径(m)
  υe―管道经济流速(m/s)。
  应综合考虑管网造价与经营费用,确定经济流速,从而确定经济管径,使管网造价与经营费用之和为最小。根据国内实际工程调查和试验资料,设计中采用正常流速一般大于1.0m3/s,最大流速不超过2.5m3/s,最低流速不低于0.23m3/s。初期水泵一般不会全部投入运行,因此引水管道初期取水流量一般较小,管内流速较低,一般要求初期投产运行的流速不宜小于0.6m3/s。
  由于本工程为新建取水戽头和输水管道与70年代取水泵房的进水室相对接。根据新建取水戽头和输水管道的取水规模,经计算确定新建输水管道为一根管径为ф2200mm的钢管。设计流速为1.5m/s。
  2.3管材选用
  设计时应结合各种管材的特性做到管材选用经济、合理。埋地管道长年累月承受输送液体内压、泥土及地面荷载的外压、高温变化引起的拉伸应力以及地基的不均匀沉降等产生的综合应力,还要承受水锤冲击力,因此管材首先应有足够强度。同时结合建设要求做到经济合理。
  室外给水管道常用管材有承插式给水铸铁管、球墨铸铁管、焊接钢管、镀锌钢管、预应力(自应力)钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管、复合管等。
  根据输水管道的性质和作用,为工业供水,并且输水管道为水下埋管。根据工程经验和实际可操作性,钢管最适宜于大口径工业地下埋管式输水管道,故采用钢管管材。
  2.4管道水力计算
  总水头损失的计算,按其性质分沿程损失和局部损失两种,可按下列公式计算:
  hz=hf+hj
  式中hz――管道总水头损失(m);
  hf――管道沿程水头损失(m);
  hj――管道局部水头损失(m)。
  1)输水管的沿程水头损失计算:
  公式:hf=λ
  式中:hf―沿程水头损失(m);
  L―计算管段长度(m);
  d―管渠的计算内径(m);
  v―平均流速(m/s);
  λ―沿程阻力系数;λ=;
  C―谢才系数;C=;
  R―水力半径;n―糙率系数。
  经计算:hf=0.298m。
  2)管道的局部水头损失(包括进、出口方向转变及渐变等)
  宜按下式计算:
  式中:hj――管道局部水头损失(m);
  ζ――管(渠)道局部水头损失系数;
  ν――局部水头损失的计算流速(m/s)。
  ①格栅水头损失:△h格=ξ进
  ②进口水头损失,喇叭进口ξ进=0.25:△h进=ξ进
  ②水管转弯水头损失:△h弯=ξ弯
  ③出口水头损失:ξ出=1:△h出=ξ出
  Σhj=△h格+△h进+△h弯+△h出=0.251m
  3)总水头损失Hz
  Hz=Hf+Hj=0.549m
  经管道水力计算,由取水戽头引水,通过217m长管道输送至70年代取水泵房进水室,管道总水头损失为0.549m。可以满足取水要求。
  3 设计时需注意的问题
  3.1混凝土支墩设置:
  给水铸铁管特别是球墨铸铁管在室外给水管道工程中应用较为广泛。一般在施工较大口径的室外给水铸铁管时,多在如下位置处:如管道系统的水平弯头、三通、管道末端及返弯处需设置混凝土浇注的支墩。
  转贴支墩的作用主要是消除由于管内水的压力或土壤条件较差,使在上述的部位产生一将管道沿其水流切线方向外推的力,而导致管道接口处松动。一般在管径大于350mm及在松软土壤敷设时考虑设置。
  3.2钢管防腐:
  在管径要求大、受水压力高路段,及穿越铁路、河谷和地震区等管段较常采用钢管敷设。钢管埋地敷设时,管材会受到土壤、地下水的浸蚀,同时还会受到地下杂散电流的影响,使金属表面产生电化学作用而损坏金属表层,故必须采取能隔绝对管道腐蚀及减少杂散电流对管道电化作用的防腐绝缘层,以延长管道使用寿命。
  管节接长后将其滑移到防腐台上用除锈机进行管内外除锈,然后进行防腐处理。由于冬季防腐温度较低,所以管节需在温棚内防腐。
  (1)钢管内防腐采用聚苯乙烯涂料,外防腐采用环氧煤沥青涂料。
  (2)表面除锈采用电动砂轮打磨,直到全面露出金属光泽。
  (3)外防腐底漆表面干后,涂四遍面漆铺二层玻璃丝布。
  (4)内防腐底漆表面干后,涂刷二遍中间漆和一遍面漆。
  埋地钢管一般采用水泥砂浆内防腐,外防腐一般采用石油沥青及环氧煤沥青,分普通级、加强级、特加强级三个等级,设计时应根据具体情况合理选择。
  3.3钢管管节运输及存放:
  管节在工厂加工好后,用半挂车运到施工现场存放。运输中为了防止管节摔落和串动,用鞍座和固定带将管节固定在车箱内。存放场地要求场地平整,管节下面垫枕木,并用木楔垫稳。为了防止管节在运输和存放过程中变形失圆,需在管节两端加内支撑。
  4 结语
  总的来说,室外给水管道工程设计是一个实践经验与能动性相结合的过程。在满足规范要求的同时,要根据实际情况,因地制宜、因时制宜,尽量做到经济合理。
  参考文献:
  1.《室外给水设计规范》(GB50013-2006)
  2.《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)
  3.《给水排水工程管道结构设计规范》(GB50332-2002)
  4.《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》(CECS141- 2002)
  5.《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97)

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